La corrosión

CURSO
CORROSION I
UNIDAD 1.
¿Qué se entiende por corrosión?.
Por que se corroen los metales.
Clasificación de la corrosión.
Ánodo.
Cátodo.
Electrolito.
Conductor.
Corrosión en soluciones acidas.
Básicas y neutras.
Formación anódica.
Material de Estudio:
Corrosión Basics.- Capítulo II / III Corrosión
Engineenring.- Capitulo I
CORROSIÓN –
CIENCIA E INGENIERÍA
• CIENCIA: Es el estudio de los procesos Químicos y
Metalúrgicos que ocurren durante la corrosión.
• INGENIERÍA: Es el diseño y aplicación de métodos
para prevenir la corrosión.
• Idealmente la ciencia debe estar unida a la ingeniería
de manera tal que nuevos inventos y mejores
métodos de prevención permitan mayor eficiencia en
el control de la corrosión.
CORROSIÓN –
CIENCIA E INGENIERÍA
• En ocasiones los científicos se dedican al propósito
del conocimiento puro con poca o ninguna
perspectiva sobre las posibles aplicaciones de su
trabajo.
• De otro lado los Ingenieros a menudo aplican
métodos con poco o ningún conocimiento de los
principios que los rigen.
• Una meta del curso es fortalecer el aprendizaje del
estudiante en ambos campos Ciencia e Ingeniería.
CORROSIÓN –
CIENCIA E INGENIERÍA
CORROSIÓN –
CIENCIA E INGENIERÍA
• CORROSIÓN ES EL DETERIORO DE UNA SUSTANCIA
(USUALMENTE UN METAL) O DE SUS PROPIEDADES A
CAUSA DE UNA ACCIÓN CON EL MEDIO AMBIENTE.
• LOS METALES SE CORROEN PORQUE SON
TERMODINAMICAMENTE INESTABLES.
• NO
SE
ENCUENTRAN
LIBRES
EN
LA
NATURALEZA.
CORROSIÓN –
CIENCIA E INGENIERÍA
• EXISTEN
EN
COMBINACIÓN
CON
OTROS
ELEMENTOS TALES COMO OXIGENO Y AZUFRE.
– Fe203 Hematita
– Fe3O4 Magnetita
– AI2O3 Alúmina
CORROSIÓN –
CIENCIA E INGENIERÍA
CORROSIÓN –
CIENCIA E INGENIERÍA
• LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE
• TODO CAMBIO ESPONTANEO OCURRE CON
LIBERACIÓN DE ENERGÍA LIBRE DEL SISTEMA A LOS
ALREDEDORES A PRESIÓN Y TEMPERATURA
CONSTANTE.
Tabla 1. Ordenación de los materiales de acuerdo
a la energía requerida para convertirse en
metales.
A) Átomo de hidrogeno
B) Íon hidrogeno (H+)
C) Molécula de
hidrogeno (H2)
CLASIFICACIÓN DE LA CORROSIÓN
• La corrosión ha sido clasificada de maneras
diferentes:
 Corrosión húmeda: Ocurre cuando un liquido esta
presente. Usualmente incluye soluciones acuosas o
electrolitos.
 Corrosión seca: Ocurre en ausencia de una fase líquida
o por encima del punto de rocío del ambiente.
REACCIÓN ELECTROQUÍMICA
• Se define como una reacción química que
incluye transferencia de electrones.
• Es también una reacción química que
incluye oxidación y reducción.
ACIDEZ Y ALCALINIDAD
 Los iones existen en un medio eléctricamente
conductor, normalmente agua.
 El exceso de iones H+ o OH- define que la solución
sea acida o alcalina.
 Solución neutra, equilibrio de iones H+ y OHpH
Ácida
< 7 >
Neutro
Básica
COMPONENTES CELDA DE CORROSIÓN
• CELDA DE CORROSIÓN:
1. Ánodo
2. Cátodo
3. Electrolito
4. Conductor
 Reacciones electroquímicas
que ocurren durante la
corrosión del zinc en ácido
clorhídrico al ambiente.
COMPONENTES CELDA DE CORROSIÓN
Zn + 2HCl
ZnCl2 + H2
Zn + 2H+ + 2ClZn+2 + 2Cl- + H2
Zn
Zn+2 + 2e- .Oxidation- Reaction Anodic
2H+ + 2eH2 .Reduction – Reaction Cathode
Zn + 2H+ Zn+2+H2
Flujo de corriente entre un ánodo y un cátodo en
una celda de corrosión.
Vista de una sección transversal de una
celda seca típica
Reacción electroquímica: corrosión de zinc
en ácido clorhídrico aireado
CORROSIÓN EN ÁCIDOS
CORROSIÓN EN SOLUCIONES ALCALINAS Y
NEUTRAS
CORROSIÓN EN OTROS SISTEMAS
• Los metales pueden también ser atacados
corrosivamente en soluciones que no
contengan ni oxígeno ni ácidos.
• Las soluciones más típicas son las sales
oxidantes tales como compuestos férricos y
cúpricos.
• Las podemos indicar:
REACCIONES CATÓDICAS
• CORROSIÓN DE METALES
REACCIÓN NO ELECTROQUÍMICA
1. Desordenación:
Los átomos y moléculas
carecen de un arreglo ordenado. Se distribuyen
aleatoriamente.
2. Ordenamiento Particular (corto alcance): Se
presenta si el arreglo característico de los
átomos se restringe solamente a átomos
circunvecinos.
Ejemplo: Polímeros – cerámicos.
3. Ordenamiento general (largo alcance): Se presenta
cuando el arreglo atómico específico se distribuye por
todo el material. Los átomos forman un patrón reticular
repetitivo. Cada átomo tiene un ordenamiento
particular o de corto alcance con el átomo vecino y en
general largo ordenamiento general o de largo alcance,
puesto que la red se distribuye uniformemente en todo
el material.
La configuración reticular difiere de un material a otro
en forma y en dimensión dependiendo del tamaño de
los átomos y del tipo de enlace interatómico. Ejemplo:
metales, algunos cerámicos, algunos polímeros.
REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LAS CELDAS UNITARIAS
DE LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS MAS COMUNES
ENCONTRADAS EN LOS METALES.
A) CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO
B) CÚBICA CENTRADA EN LA CARA
C) HEXAGONAL COMPACTA
DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE
IMPERFECCIONES CRISTALINAS
A)Vacancias
-Ausencia
átomos en el cristal
de
B)Impurezas - Átomos
diferente tamaño
de
C)Átomos intersticiales
D)Perturbaciones en la red Dislocaciones
ALEACIONES
 Intersticial: Átomos
pequeños ocupan
espacios entre los
átomos del metal de
tamaño atómico mas
grande.
 Sustitucional: Los átomos
 Sólido intersticial cúbico
 Sólido sustitucional cúbico
centrado en cuerpo.
del elemento aleante ocupan
el lugar en el látice del metal
base.
centrado en cara.
DEFORMACIÓN PLÁSTICA
• En metales altamente deformados los granos son
deformados y la estructura granular sufre
rupturas. El material es más reactivo a ambientes
electroquímicos.
• Impurezas, inclusiones, trabajo en frío, límites de
grano y diferencia en la orientación de los granos,
también
pueden
generar
reacciones
electroquímicas en muchos, metales y aleaciones.
• Metales listados como puros o
comercialmente puros contienen cantidad de
impurezas e imperfecciones.
• Estas impurezas e imperfecciones son causa
inherente de corrosión en ambientes
agresivos.
Ejemplo
Suponga que la composicion de una moneda de 5 centavos de dolar segun la siguiente
figura es de 100% de cobre (en la realidad es de 95% Cu y 5% Zn). Si el diametro de
esta moneda es de 1.9 cm. Determine la cantidad aproximada de vacantes en un piano
(100) paralelo a las caras que se encuentra a una temperatura de 1080°C, suponiendo
que existe una vacante por cada 1600 atomos.
Solucion: El plano (100) en el cobre fcc contiene el equivalente de dos átomos por cara de celda
unitaria, como se muestra en la figura (b). El parametro del latice del Cu es:
El radio del cobre, rCu = 1.278 Å
• Por lo tanto:
•
a=3.61*10-8cm
Luego el numero de átomos/cm2 en este plano (100), es:
NA = 1.54 * 1015 átomos/cm2
•
•
•
El área de la cara de la moneda es:
A = 2.83 cm2
Luego, la cantidad total de átomos en un (100) paralelo a la cara es:
NT = (1.54 * 1015 átomos/cm2)*(2.83 cm2)
NT = 4.4 *1015 átomos
El numero total de vacantes es:
NV = 2.8 *1012 vacantes
UNIDAD 2.
Fenómenos
de
superficie.
Procesos
electrónicos. Interfase electro-electrolito.
Diferencia de potencial, electrización de los
dos lados de la interfase, medición de cambios
de diferencia de potencial metal-disolución.
Interfases no polarizables. Electrodo normal
de hidrógeno. Potenciales de los electrodos
standar. Utilización sistemas electroquímicos.
Electrólisis.
Generadores
de
energía.
Consumidores de energía.
Ciencia de las superficies
• Muchas de las propiedades de los materiales
por ejemplo su estabilidad o inestabilidad en
contacto con otros materiales no pueden
explicarse adecuadamente en función de las
propiedades medias. Gran parte de los
conocimientos
necesarios
sobre
las
propiedades de los materiales se encuentran
en el campo de la ciencia de superficies.
• CAMPO DE LOS PROCESOS IONICOS (Iónica).
Concerniente a los iones en disolución y en los
líquidos que se forman por fusión de sólidos
compuestos por iones.
• CAMPO DE LOS PROCESOS ELECTRODICOS
(Electródica).
Concerniente a la región entre un conductor
iónico y un conductor electrónico y la
transferencia de cargas eléctricas a través de
ella. Estudio de las interfases cargadas y las
• INTERFASES ELECTRIZADAS. Casi todas las
superficies de separación entre dos fases se
encuentran electrizadas y las superficies de
los materiales son sedes de exceso de cargas.
Son estos excesos de cargas los que afectan las
propiedades superficiales de los materiales y
hacen que desvíen sus propiedades medias.
• Resultados.
a. Se produce un proceso de carga de las dos
caras de la
interfase entre el metal y la otra fase.
b. Se produce el desarrollo de una diferencia de
potencial a través de la regi6n entre las fases.
c. El proceso de carga continua hasta que se
igualen las cargas sobre ambas superficies que
d. Por ello casi todas las superficies de
separación entre dos fases se encuentran
electrizadas y las superficies de los
materiales son excesos de carga.
e. Estos excesos de carga son las que afectan las
propiedades superficiales de los materiales.
La interfase electrodo-electrolito base de la
electrodica.
¿que aspectos debemos estudiar en una
interfase electrodo-electrolito?
1) Las interfases en reposo (equilibrio).
2) Las interfases activas (fuera de equilibrio).
3) Las características estructurales y eléctricas
de la interfase.
4) Las velocidades y mecanismos de la
• Electroquímica. Es básicamente el estudio de
la región electrizada de las interfases entre un
conductor electrónico y un conductor iónico y
de la transferencia de electrones a través de
tal región.
• ¿que es un Sistema Electródico?.
Es un sistema con dos fases, en que una de las
fases un conductor electrónico esta conectado
mediante un campo eléctrico, a la otra fase
que es un conductor iónico.
La transferencia del electrón entre las dos
fases a través de la interfase es el suceso
esencial. Tiene lugar desde una fase en que
los electrones son los agentes fundamentales
• ¿Que es un Sistema Electrónico?.
Es un sistema bifásico con ambas fases
conductores electrónicos entre las que pasa
un electrón.
El electrón no queda localizado sobre una
partícula sino que es capaz de continuar
moviéndose como tal en al otra fase.
• Representación
Esquemática
Orientación al Azar.-
de
la
Tomando una media en el tiempo, los iones y
las moléculas de agua (en disoluciones
acuosas) experimentan fuerzas que son
independientes del sentido y de su posición
en el electrolito. Si representamos cada
molécula de agua por un vector, queda
completamente orientado al azar.
• No existe ningún vector neto resultante. No
hay ninguna Orientación de los dipolos del
disolvente en ninguna dirección preferente.
• Iones positivos y negativos se encuentran
distribuidos uniformemente en un
determinado volumen de electrolito.
• Prevalece la neutralidad.
• RESUMEN: En condiciones de equilibrio, las
fuerzas medias medidas en el tiempo son
iguales en todos los sentidos y en todos los
puntos.
• Perfecta isotropía y homogeneidad, no hay
campos eléctricos netos o resultantes. Igual
numero de cargas (positivas=negativas).
Consideremos una lamina de electrolito
paralela a un electrodo plano.
Mientras se encuentran en el seno del
electrolito su carga neta debe ser nula.
electrodo
• Resumen.
En condiciones de equilibrio las fuerzas
medias medidas en el tiempo son iguales en
todos Ios sentidos y en todos los puntos del
electrolito.- Isotropia y homogeneidad
perfectas.
• Electrolito presenta límites.- Se debe
poner en contacto con un material distinto, ya
sea:
a) Fase gaseosa sobre el electrolito.
b) El electrodo metálico.
c) Las mismas paredes del recipiente que lo
contiene.
¿Qué sucede en esta frontera? Limite de una
fase
a) Las fases que aparecen a ambos lados de la
superficie limite se cargan eléctricamente
con la misma intensidad y signo contrario.
b) Aparece diferencia de potencial en el límite.
FORMAS DE ORIGINAR DIFERENCIA DE
POTENCIAL
a) Una fase conductor electrónico, otra fase
conductor iónico, es posible que se
desarrollen reacciones de transferencia de
electrones en el limite que conduzca a que
se origine una diferencia de potencial.
b) Cargar deliberadamente el conductor
electrónico mediante una fuente externa de
electricidad. La parte del electrolito que
constituye el limite responde con una carga
Que sucede?
Las propiedades esenciales de la masa del
electrolito, homogeneidad e isotropía se
interrumpen físicamente en la frontera. Hacia
la frontera surge la acción de fuerzas nuevas
que son por tanto anisótropas. Hacia el limite
serán distintas de aquellas que se dirijan al
seno del electrolito.
• Region de Interfase.- Nuevas propiedades,
nueva estructura.
Las propiedades de cualquier material
dependen de las partículas presentes y de las
fuerzas que operan sobre esta partícula.
En la frontera, estas fuerzas son diferentes en
comparación con las fuerzas en el seno del
electrolito, por tanto las propiedades de la
región de la interfase diferirán de las
propiedades en el seno de la disolución.
En la frontera, las propiedades uniformes del
electrolito quedan perturbadas por la
Nuevas fuerzas, presentaran la tendencia a
que surjan nuevas estructuras.
La ordenación de las partículas en la región
de la interfase es un compromiso entre las
estructuras que demandan ambas fases.
Ej.:- Un electrodo tratara de que los iones y las
moléculas de agua adopten cierta ordenación
media en el tiempo.
• Consecuencia de la distribución de
compromiso:
Nuevas fuerzas, que actúan en la interfase
electrodo - electrolito, originan nuevas
distribuciones de los dipolos del disolvente y
de las especies cargadas.
Incitan a las partículas del electrolito a
no
seguir
siendo gobernadas por las
características existentes el interior del
electrolito.
• De una orientación al azar de los dipolos y
una distribución igual de cargas positivas y
negativas, se llega a:
a. Orientación neta de los dipolos del
disolvente.
b. Carga neta o en exceso en una lamina
paralela a la superficie del electrodo.
a)
b)
No hay orientación neta de
dipolos.
No hay ninguna densidad
neta de carga
Orientación neta de
dipolos
Se ha roto la electroneutralidad en el limite del electrolito. Se
ha cargado o electrizado.
Electrizacion de los dos lados de la interfase
Doble capa electrizada.
Cuando la parte de la región de la interfase
correspondiente al electrolito adquiere una
carga neta o en exceso, a través del limite
actúa una fuerza eléctrica o campo.
La otra fase el electrodo esta formada por
partículas cargadas, por tanto responderán al
estimulo de la parte de la interfase constituida
por el electrolito.
La naturaleza de respuesta depende de que la
otra fase (no electrolito) sea:
a) Un conductor.
b) Un semiconductor.
c) Un aislador.
CONDUCTOR METALICO.- Esta formado por
un retículo tridimensional, periódico, de iones
positives y un conjunto de electrones móviles.
a)
Los iones positivos de la red metálica
notan el campo pero tienen grandes
dificultades para desplazarse.
b)
Los electrones libres se mueven
ágilmente en respuesta al campo producido
por el proceso de carga de la parte de la
c) Se induce una carga en el metal que es
igual y de signo contrario a la del electrolito
que forma la otra parte de la interfase.
d) Se ha producido una separacion de cargas
en la superficie electrddo - electrolito.
Aparece carganeta de un signo en la parte de
la interfase correspondiente al electrodo y una
de signo contrario en la parte correspondiente
al electrolito.
e) Cuando se separan las cargas se produce
una diferencia de potencial a través de la
interfase.
f) Las fuerzas eléctricas que operan entre el
metal y la disolución constituyen un campo
eléctrico a través del Imite electrodoelectrolito.
El termino doble capa se utiliza para describir
la ordenación de cargas y dipolos orientados
• INTERFASE METAL – DISOLUCION
El metal esta constituido por iones positives
de la red cristalina y electrones libres. Cuando
se carga negativamente exceso de electrones
libres Qm es negativa.
Superficie del metal.- Ocupado por densidad
de carga negativa Qm.
• Del lado de la disolucion.
la fila.Moléculas dipolares de agua.
Capa de
hidratación del electrodo .
2a fila.Reservada a iones solvatados (Piano
exterior de Helmholtz) (OHP).
Por .encima de la primera fila de moléculas de
H2O y entre los iones solvatados se forma una
especie de capa de hidratación secundaria
1. Pese a que la primera fila este ocupada por
el agua, existen algunas especies i6nicas que
encuentran su camino hacia el frente.
2. No lo puede alcanzar si se encuentran
rodeadas por su propias capas primarias de
solvatacion.
3. Los iones que se ponen en contacto con el
electrodo son aquellas que carecen de una
capa de solvatación primaria.
4. En general la mayoría de los aniones y
ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA
DOBLE CAPA
Se forman entre el limite de dos fases que
contengan especies cargadas.
Eléctrico:
a) Magnitud de los excesos de carga
acumulados en cada fase.
b) Variación del potencial al cambiar la
distancia hasta la interfase.
Estructural:
Conocimiento del ordenamiento de las partículas que forman
ambas fases: (Iones, electrones, dipolos, moléculas neutras).
PREDICCION DE LAS PROPIEDADES DE LA
INTERFASE A TRAVES DE LAS PROPIEDADES
DEL SENO DE LAS FASES
Las dobles capas se forman a consecuencia de
que en la región de la interfase las partículas
no quedan distribuidas de la misma manera
que en el seno de las fases.
En una lamina situada en la regi6n de la
interfase es posible que existan mas iones
positives que negativos.
A este fenómeno consistente en que las
sustancias se acumulen o se paren del limite
de una fase se le denomina "adsorción".
Las causas de que las partículas tiendan a
acumularse en una fase o a alejarse de ella,
estén en función de las variaciones de energía
libre asociadas con el proceso de adsorción.
A partir del conocimiento de las fases se liega
a la estructura de la fase electrizada y
finalmente a la variación de potencial a
través de la región de la interfase.
Corrosion.- Proceso Electródico.- Disolución
de un metal, en una solución, o en una
película de humedad conductora que se
condensa sobre la superficie metálica.
Velocidad de corrosión.- Factor que determina
la importancia de la corrosión. Depende en
parte de la estructura de la doble capa; es
decir del campo eléctrico a través de la
interfase, el cual gobierna la velocidad de
disolución de un metal. Las dobles capas
influyen en la estabilidad de las superficies
metálicas y en la resistencia de los metales.
DIFERENCIA DE POTENCIAL A TRAVES DE LAS
INTERFASES ELECTRIZADAS
¿Que sucede cuando se trata de medir la
diferencia de potencial a través de una
interfase única Electrodo-Electrolito?
Se pueden utilizar varios instrumentos:
potenciómetros -voltímetros, etc.
Todos estos elementos tienen dos terminales
metálicas que se conectan a los puntos en
que se ha de medir la diferencia de potencial.
Un terminal se conecta directamente al
electrodo metálico. El otro terminal se ha de
Se pretende medir una diferencia de potencial
DPM1/S.
Se crea por lo menos una diferencia de
potencial adicional. Se termina por medir al
menos dos diferencias de potencial.
En la practica podemos medir la diferencia de
potencial entre un sistema de interfases o pila
y no la diferencia de potencial existente a
través de una interfase electro-electrolito.
PDM2/M1
POSIBLE MEDIR CAMBIOS EN LA DIFERENCIA
DE POTENCIAL METAL-DISOLUCION?
Introduzcamos en el circuito una fuente de
potencial, o sea una fuente de energía
regulada electrónicamente.
La diferencia de potencial total a través de la
pila, debe ser igual a la establecida por la
fuente:
Ley de conservación de la energía.(2da ley de
Kirchoff)- La suma algebraica de todas las
DPM1/S + DPS/M2 + DPM2/M1’ + DPM1’/M1=0; M2=M1’
DPM1/S + DPS/M2 + DPM2/M1’=-DPM1’/M1=V
DPM1’/M1
DPM2/M1’
No cambia fácilmente con el paso de la corriente
M2=M1’
M2/M1’
Polarizar una interfase.- Alterar el potencial a través de la misma, ser
polarizable, ser susceptible a los cambios de diferencia de potencial.
• ¿COMO LAS INTERFASES NO POLARIZARLES
RESISTEN LOS CAMBIOS DE POTENCIAL?
1. La variación de potencial a través de una
doble capa depende de la separación de
cargas o distribución de las mismas a través de
la interfase.
2. La única forma de variar el potencial es
cambiando la magnitud de las cargas a ambos
lados de la interfase.
• 3. Supongamos que cualquier carga que
penetre en una interfase procedente de la
fuente externa, atraviesa rápidamente la
interfase, entonces la separación de cargas y
con ello la diferencia de potencial permanece
constante.
• 4. La interfase ha resistido a los cambios de
potencial.
• 5. Cuanto mayor sea la facilidad conque las
• ¿A QUE SE DEBE QUE UNA INTERFASE SEA
POLARIZABLE?.-
Que acepte cambios de potencial La respuesta
ha de darse en función de las velocidades a
que se transfieren las cargas a través de la
interfase. El comportamiento eléctrico de una
interfase metal-disolucion, es comparable con
el de un condensador y una resistencia
conectados en paralelo.
Consideremos lo que sucede cuando la
combinación se conecta a una fuente de
diferencia de potencial.
Interfase Polarizable.- Si la resistencia es muy
grande el condensador se carga hasta que se
establece la diferencia de potencial creada por
la fuente.
Interfase No Polarizable.- Existe una fuga de
cargas a través del camino de baja resistencia,
lo que evita cualquier intento de cambiar la
diferencia de potencial a través del
condensador.
ELECTRODO NORMAL DE HIDROGENO NO
POLARIZABLE
Para que una interfase sea no polarizable, se
requiere que la diferencia de potencial a
través de la misma permanezca constante,
cuando cambia el potencial aplicado a una pila
que contenga el electrodo no polarizable. (El
electrodo debe ser siempre exactamente el
mismo)
¿Cómo se logra?
Se controla el potencial mediante una reacción de canje de H+
entre la disolución y H2 gaseoso a través de una interfase
altamente no polarizable que canjean electrones entre H+ y
H2 de acuerdo con:
2H+ + 2e
H2
H2
2H+ + 2e
proporciona contribución constante a la pila
siempre que la actividad de los iones
Hidrógeno en la Disolución y la presión del H2
se mantengan siempre iguales.
Actividad unidad para el Ion Hidrógeno
Presión Unidad para el hidrógeno gaseoso.
Temperatura 25°C.
El electrodo normal de hidrógeno se compone
de un trozo de platino recubierto con platino
finamente dividido que se denomina negro de
platino, sumergido en una solución que
contiene iones de hidrógeno 1 molar y gas
hidrógeno a 1 ATM de presión, que se
burbujea a la solución constantemente por
encima del negro de platino.
El platino no participa en la reacción química,
sólo sirve de colaborador en la reacción de
transferencia de electrones. La reacción que
¿QUE MIDE EL POTENCIAL ELECTRODICO
STANDAR?
DPM1/S + DPS/Mref + DPMRef/M1´ = DPM1´/M1 = V
DPMRef/M1’ = Ø Mref – Ø M1’
Por consiguiente el potencial electródico mide una combinación
de dos diferencias de potencial; una en la interfase metaldisolución y la otra parte de la diferencia de potencial metalmetal de la pila.
• DIFERENCIA RELATIVA A TRAVÉS DE LA
INTERFASE Cu/CuSO4
Los potenciales electródicas se miden
acoplando e 1 electrodo con otro
determinado.
El que se escoge es un electrodo de Hidrógeno
en el cual la disolución componente contenga
H+ de actividad unidad en equilibrio con H2
gaseoso
Reacción Anódica H2
2H+ + 2e
Reacción Catódica Cu+2 + 2e
Cu
Estos potenciales reciben el nombre de
potenciales
electródicos
relativos
o
potenciales de los electrodos en la escala
patrón de hidrógeno con frecuencia se
denominan "Potenciales Electródicos stándar"
POTENCIAL DE LOS ELECTRODOS
El potencial de una celda puede considerarse
como la suma de los potenciales de las dos
medias pilas.
Consideramos el sistema electrodo estándar
de hidrógeno conectado mediante un puente
de sal a un electrodo estándar del Cu2+/Cu. Un
puente salino es un tubo lleno de una solución
concentrada de una sal (generalmente KCl) el
cual conduce la corriente entre las medias
pilas pero impide el paso de la mezcla de las
Pt/H2/H+//Cu+2/Cu
Líneas verticales representan límite de fase.
Convencionalmente se escribe primero la sustancia que forma
el ánodo.
Los otros materiales de la pila se escriben en el orden en que
uno los encuentra del ánodo hacia el cátodo.
La composición del cátodo se da como última.
POTENCIAL DE LOS ELECTRODOS
Puesto que al electrodo de Hidrógeno se le ha
asignado arbitrariamente un potencial de
cero; toda la fem de la pila se le asigna de
electrodo standar Cu2+/Cu.
H2 — > 2H+ + 2e
E°ox = O.OOV
2e + Cu2+ — -> Cu
E°Red = 0.34 V
Los potenciales del electrodo están dados
para la reducción de las medias reacciones.
Electrodo Standard H2 y electrodo standar
Zn+2/Zn
Ánodo Zn — > Zn+2 + 2e
Eox = 0.76 V
Cátodo 2e- + 2H+ — > H2
ERed = 0.00 V
El valor de +0.76 V se llama algunas veces
potencial de oxidación. Corresponde a la
media reacción de oxidación.
Sin embargo el potencial del electrodo es su
potencial de reducción.
Para obtener el potencial del electrodo Zn+2 /
Electrodos más positivos, de mayor tendencia
para la reducción en la parte inferior.
Si cambiamos un par de electrodos para hacer
una pila voltaica, la media reacción de
reducción (cátodo) de la pila será la que
aparece en la lista para el electrodo que se
halla en la parte inferior de la tabla, y la media
reacción de oxidación (ánodo) será la inversa
de la indicada para el electrodo que se halla
en la parte superior de la Tabla.
ELECTRODOS DE REFERENCIA
En la práctica, los potenciales de un metal no
se miden con respecto al de hidrógeno por la
dificultad operatoria que entraña su manejo.
Se recurre para ello a una serie de electrodos
cuyo potencial permanece fijo al estar
basados en reacciones reversibles. Son
numerosos los electrodos de referencia
utilizados en la práctica, ya que se intenta
adaptarlos a los diferentes necesidades
experimentales. Los potenciales de estos
Electrodo de calomelanos (cloruro
mercurioso)
Hg/Hg2Cl2 (saturado), KCl
KCl 0,1N ...............................+0,334 V
KCl 1N ............................... +0,280 V
KCl saturado ............................+0,241 V
Electrodo de Sulfato de Cobre Cu/CuSO4
(saturado)............... +0,316 V
Electrodo de Cloruro de Plata Ag/AgCl
(Sólido),
KCl 0,1 N.......... + 0,288 V
Agente Oxidante
Es una sustancia que efectúa una oxidación y
es reducida en el proceso. Un agente oxidante
fuerte tiene un alto potencial positivo de
Reducción, F2, Mn04/ CI2 y Cr207 en ácido,
Cl2 + 2e
2Cl- +1.3595
Agente Reductor
Se oxida por sí mismo al producir una
reducción. Un agente Reductor fuerte tiene un
alto potencial positivo de oxidación.
Los mejores agentes reductores dados en la
¿COMO MEDIR POTENCIALES STANDAR DE
UN METAL SIN UTILIZAR EL ELECTRODO DE
HIDROGENO?
El potencial stándard del electrodo Ni+2/Ni
puede determinarse a través de la pila.
Ni2+/Ni // Cu+2/Cu .
La FEM de esta pila es 0.59 V
Ni + Cu+2 — > Ni+2 + Cu; εpila 0.59 V
Ni —> Ni+2 + 2e Oxidación - Ánodo
Cu+2 + 2e — > Cu Reducción Cátodo = 0.34 V
Si sustraemos la media reacción Cu2+/Cu de la
reacción de la pila y sustraemos el potencial
de la media pila.
Ni — > Ni+2 + 2e- ; εoxd = +0.25 V
El potencial del electrodo es por consiguiente.
2e + Ni2+ — > Ni εRed = -0.25 V
Consideremos una pila construida por
electrodos standar
Ni+2/Ni y Ag+/Ag
Ni2+ + 2e < = = = > Ni
ERed= -0.250V
Ag+ +e <= = = > Ag ERed = +0.7999V
Ag+ Muestra mayor tendencia a la reducción,
por consiguiente Ag+/Ag será el cátodo Ni+2/Ni
será el ánodo.
Ánodo.- Ni — > Ni+2 + 2e;
ε°ox= 0.250 V
Cátodo.- 2e + 2Ag+ — >2Ag; ε°Red = 0.799 V.
Ni + 2Ag+ — > Ni+2 + 2Ag; εpila= 1.049 V
La reacción catódica la hemos multiplicado
por dos. Sin embargo el potencial no.
La magnitud de un potencial de electrodo
depende de la temperatura y la
concentración de los materiales utilizados en
la construcción de la media pila.
FUERZA ELECTROMOTRIZ
Si se emplean soluciones
de ZnSo41 M y CuSO41 M
en la pila de Daniell, la
pila puede representarse
Zn(s)/Zn+2 (1 M)/Cu2+ (1
M)/Cu(s).
Las
líneas
verticales
representan
límites
de
Fase.
Convencionalmente
se
escribe
primero
la
sustancia que forma el
ánodo.
Los
otros
materiales se escriben de
ánodo hacia cátodo.
La corriente eléctrica se produce por una pila
voltaica como resultado de la "FUERZA
ELECTROMOTRIZ" fem de la pila, la cual se
mide en voltios.
La fuerza electromotriz estándar ε se refiere
a la fem de una pila a 25°C, en la cual todos
los reactivos y productos se hallan presentes
en estado estándar.
Metales en estado puro
El máximo trabajo neto que puede obtenerse
de una reacción química realizada a
temperatura y presión constante es una
disminución de la energía libre de Gibbs, del
sistema
ΔG =-n f ε
n = # de electrones transferidos en la
reacción.
F = Valor del Faraday - 96.500 Coulumbios.
ε = Fuerza electromotriz en voltios.
El cambio de energía libre de una reacción es
una medida de la tendencia de la reacción
para efectuarse.
Para
cualquier
reacción
espontánea
disminuye la energía libre del sistema. ΔG es
negativo. Sólo si e es positivo será
espontánea la reacción de la pila.
Reacciones químicas y de corrosión se
comportan de la misma manera. No se puede
predecir con precisión la velocidad de una
reacción del cambio en energía libre.
Este parámetro refleja únicamente la dirección
de la reacción por su signo.
El cambio de energía libre que acompaña una
reacción electroquímica puede calcularse por
la siguiente ecuación:
ΔG=
-nFε
ΔG=
cambio de energía libre
=
--------------------------------
La relación entre ΔG° y la FEM se utiliza en
varias formas:
a. Una ε° celda puede calcularse de un valor
de ΔG° para una reacción de una celda.
b. Los cambios de energía libre proveen una
respuesta al problema de combinar dos
valores de ε° red para obtener un tercer valor
ε° en red.
• Ejemplo: Use valores de ε° para calcular el ε°
para la media reaccion siguiente
2e + Fe+2 Fe
ε° red = -0.440V
e + Fe+3 Fe+2
ε° red = +0.771 V
3e + Fe+3
Fe
El potencial de la celda no es la suma de los
dos valores ε° red.
La solución se encuentra en el hecho de que
los cambios de energía libre son aditivos.
Use valores de ε° red para calcular el ε° red
nFε0= ΔG°
ΔG° =-nFε0 red;
+ 0.109F=-3F ε°red
ε°red =
= -0.036 V
UNIDAD 3. Tipos de ambiente que influencian
la corrosión. Atmosféricos, líquidos, suelos,
altas temperaturas.
Textos varios
TIPOS DE AMBIENTES
• Atmosférico
–
–
–
–
Industrial
Marino
Rural
Interior
• Suelos
–
–
–
–
–
–
Característica del suelo
Resistividad eléctrica
Contenido de humedad
Minerales solubles
Aireación
Bacterias
TIPOS DE AMBIENTES
• Líquidos
– Aguas naturales
– Aguas tratadas
– Ácidos
– Bases
– Orgánicos
• Altas temperaturas:
– Mayores de 650 ºC
CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
• La corrosión atmosférica es la causa más
frecuente de la destrucción de metales y
aleaciones. La gran mayoría de las construcciones
y piezas metálicas operan bajo la acción de este
medio. Se dice que la agresividad atmosférica por
sí sola es la culpable de más del 50% de las
pérdidas atribuibles a la corrosión metálica.
CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
• Es un proceso electroquímico que ocurre en una
cantidad limitada de electrolito. El electrolito es
neutro o ligeramente ácido (o bajo condiciones
excepcionales ligeramente alcalino) y sus
propiedades están influenciadas principalmente
por la composición química de la atmósfera y las
propiedades de los productos de corrosión
formados.
COMPOSICIÓN DEL AIRE
FACTORES QUE INFLUENCIAN LA
CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
1. Cantidad y composición de los contaminantes
en la atmósfera.
2. Cantidad de contaminantes que se deposita en
la superficie del metal.
3. Variación de los contaminantes en la superficie
con el tiempo.
4. Temperatura.
5. Humedad relativa.
FACTORES QUE INFLUENCIAN LA
CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
6.
7.
8.
9.
Dirección de los vientos
Velocidad.
Radiación solar.
Régimen de lluvias.
FACTOR DETERMINANTES
Roció, condensación - Alta humedad relativa
HUMEDAD RELATIVA
• La humedad en la atmósfera se mide como
humedad relativa.
• La humedad relativa es la relación de humedad
absoluta al valor de saturación y se expresa en
porcentaje.
• El contenido de agua en el aire cambia
rápidamente con la temperatura.
HUMEDAD RELATIVA
 Temperaturas extremas no son significativas desde el
punto de vista de corrosión.
 A temperaturas por debajo del punto de
solidificación, el agua está en estado sólido y no actúa
como un buen electrolito. Da otro lado las altas
temperaturas no permiten que la humedad se
condense y forme película sobre la superficie.
 La corrosión atmosférica no se desarrolla
rápidamente a temperaturas por encima de 25°C.
• A temperatura ambiente y en una atmósfera
perfectamente seca, la corrosión atmosférica
progresa a velocidad infinitesimal, puede ser
ignorada para efectos prácticos.
• Adquiere especial relevancia sobre superficies
humedecidas. El mecanismo es electroquímico
 La formación de rocío depende de la humedad
relativa del aire y del cambio de temperatura.
• Favorecen la condensación capilar las superficies
rugosas, las superficies cubiertas por productos
de corrosión de naturaleza porosa, y las
superficies en que se ha depositado polvo.
• Generalmente la corrosión del hierro y otros
metales es insignificante a humedades
relativas por debajo del 60-80%.
• Aún cuando exceda este nivel para que la
velocidad de corrosión sea realmente
importante. La atmósfera debe estar además
contaminada.
ATMÓSFERA INDUSTRIAL
• Una atmósfera industrial se caracteriza por
compuestos
polutantes,
principalmente
compuestos de azufre y óxido nitroso resultantes
de la combustión de combustibles fósiles.
OH
OH
COMO SE TRANSFORMA EL DIÓXIDO DE AZUFRE Y EL DIÓXIDO
DE NITRÓGENO Y EL DIÓXIDO DE NITRÓGENO EN ACIDO
SULFÚRICO Y ACIDO NÍTRICO.
#s DE OXIDACIÓN
LOS NÚMEROS DE OXIDACIÓN INDICAN LA PRESENCIA DE UN PROCESO DE
OXIDACION - REDUCCIÓN.
• SE CREE QUE LOS "PROCESOS DE OXIDACIÓN
SE VEN FAVORECIDOS POR ESPECIES
REACTIVAS PRESENTES EN LA ATMOSFERA,
QUE SE CONOCEN COMO RADICALES LIBRES.
• RADICALES .- FRAGMENTOS DE MOLÉCULAS
QUE NO TIENEN OCTETOS DE ELECTRONES
ESTABLES ALREDEDOR DEL NÚCLEO.
• LOS
RADICALES
REACCIONAN
CON
MOLÉCULAS ESTABLES EN UN INTENTO POR
UNO DE LOS RADICALES MAS IMPORTANTES
QUE SE ENCUENTRAN EN LA ATMOSFERA ES
EL RADICAL HIDROXILO *O-H.
SE FORMAN EN LA TROPOSFERA EN
PEQUEÑAS CONCENTRACIONES.
O3(s)+ LUZ ULTRAVIOLETA
*O(g) + O2(g)
O(g) + H2O
2OH
SE CREE QUE EL HIDROXILO Y OTROS
RADICALES FAVORECEN LA OXIDACIÓN DEL
DIÓXIDO DE AZUFRE A ACIDO SULFÚRICO Y DE
LLUVIA ACIDA.- SE DEFINE COMO AGUA
LLUVIA QUE TIENE UN PH MENOR QUE 5.65.
PORQUE PH 5.65 ? EL AGUA PURA EXPUESTA
A UN AIRE QUE CONTIENE DIÓXIDO DE
CARBONO TIENE UN PH CERCANO A 5.65,
GENERA ACIDO DÉBIL.
SE DISOCIA PARA PRODUCIR PEQUEÑAS
CANTIDADES DE IONES EN SOLUCIÓN ACUOSA.
H2CO3(Aq)
H+(Aq) +HCO3-(ac)
CUALQUIER LLUVIA QUE TENGA UN PH MENOR
QUE 5.65 ES MAS AGRESIVA QUE EL ACIDO
CARBÓNICO EN LA ATMOSFERA.
EN CASOS EXTREMOS EL PH FLUCTÚA ENTRE
3.0 Y 4.0. EN PROMEDIO SE'ENCUENTRA ENTRE
4.1 Y 4.5.‘
ATMÓSFERA MARINA
• Esta cargada con finas partículas de sal marina
transportadas por el viento para depositarse
sobre superficies expuestas.
ATMÓSFERA RURAL
• Los principales constituyentes corrosivos son
la humedad y elementos gaseosos tales como
oxígeno y dióxido de carbono.
• Atmósferas tropicales o áridas son variaciones
de la atmósfera rural.
• En climas áridos existe poca o ninguna lluvia,
pero la humedad relativa es alta, lo cual
ocasiona condensación.
• En climas áridos existe poca o ninguna lluvia,
pero la humedad relativa es alta, lo cual
FOTOSÍNTESIS
• Proceso mediante el cual los organismos con clorofila como
las plantas verdes y las algas, captan la energía luminosa
procedente del sol y la transforman en sustancias que
contienen energía química.
• CLOROFILA: Pigmento de color verde, se encuentra en tallos y
hojas de las plantas, encargada de absorber la luz necesaria
para que la fotosíntesis pueda efectuarse; por efecto de la luz
se rompe el enlace químico que mantiene unidos H2 y 02 de
la molécula de H2O. Se genera 02 gaseoso que es liberado al
ambiente.
• El H2 mas el CO2 del aire; forman diferentes compuestos
orgánicos, entre ellos la Glucosa.
ATMÓSFERA INTERIOR
• Aún cuando las bajas velocidades de
corrosión observadas en las atmósferas
interiores tengan poco efecto en la integridad
de muchos materiales metálicos puede influir
de manera significante en la vida de los
circuitos impresos y contactos eléctricos.
• Es importante la contaminación de las
atmósferas
interiores
donde
operan
instrumentos electrónicos.
ATMÓSFERA INTERIOR
• Las sociedades de instrumentación han
elaborado recomendaciones sobre los
máximos
niveles
de
contaminantes
permisibles en atmósferas interiores.
TIPOS DE AGUA
• EN TÉRMINOS GENERALES EL AGUA ES
DESCRITA FRECUENTEMENTE DE ACUERDO A
SU NATURALEZA, USO U ORIGEN:
– Agua natural
– Agua salobre
– Agua de mar
– Agua destilada o desmineralizada
– Condensados de vapor
– Agua alimentación calderas
– Agua potable
TIPOS DE AGUA
• AGUA NATURAL
– Puede ser superficial o brotar de la corteza
terrestre. Tienen menos del 1% de cloruro de
sodio pueden ser duras o suaves. Pueden ser ricas
en sales de magnesio y calcio.
• AGUA SALOBRE
– Contiene entre el 1% y el 2.5% de cloruro de sodio
ya sea de fuentes naturales (depósitos de sales) o
por disolución de agua de mar.
AGUA DE MAR
• Cubriendo 2/3 partes de la superficie de la tierra es el
electrolito natural de mayor concentración salina.
• En su composición participan prácticamente todos los
elementos de la corteza terrestre, si bien algunos de ellos en
muy pequeñas cantidades. Contiene innumerables sustancias
orgánicas a concentraciones extremadamente pequeñas.
AGUA DE MAR
• El ion cloruro es sin duda el más nocivo desde
el punto de vista de la corrosión. El efecto
despolarizador de este ion en los procesos de
corrosión, unido a su facilidad de deformación
y penetración, en la red cristalina de las
posibles películas pasivas que se forman sobre
los metales, explica su gran poder corrosivo.
• Disueltos en el agua de mar se encuentran los
gases atmosféricos N2, O2, y CO2.
AGUA DE MAR
• Contiene alrededor del 3.5% de Na de NaCI
puede disminuirse por dilución en agua fresca
o concentrarse por evaporación solar. Es más
corrosivo que el agua natural a causa de la alta
conductividad y el poder de penetración del
ion cloro.
• El 3.5% de sal contenida en agua de mar
produce la solución de sal más corrosiva que
pueda obtenerse. La combinación de alta
conductividad y solubilidad del oxígeno está
AGUA DE MAR
AGUA DE MAR
• El oxígeno desempeña un papel primordial en
el fenómeno de corrosión ya que suministra la
sustancia para que se produzca la reacción
catódica.
½ O2 + H2O + 2e => 2 (OH)
• La gran superficie de contacto mar/aire, la
constante agitación mecánica (oleaje) hacen
que el agua de mar está aireada hasta
profundidades considerables.
• Las zonas más oxigenadas serán aquellas más
• AGUA DESTILADA O DESMINERALIZADA
– El contenido total de minerales del agua puede ser
removido ya sea por destilación o por intercambio
de iones en un lecho separador. Esta agua se
utiliza como medio de transferencia de calor y por
lo tanto se tolera muy poca corrosión.
• AGUA POTABLE
– Es agua fresca que es higienizada por oxidación de
agentes como cloro u ozono para eliminar
coliformes y otras bacterias y asegurar sus
propósitos de bebida.
Cl < 250 ppm: en USA
• CONDENSADOS DE VAPOR
– El agua condensada de vapor industrial se
llama condensados de vapor. Se aproxima al
agua destilada en pureza, excepto por
contaminación (oxígeno o dióxido de carbono
disuelto) y el efecto de aditivos.
• AGUA DE ALIMENTACIÓN DE CALDERAS
– El agua para calderas es siempre
suavizada y desaireada. Puede variar de altos
sólidos disueltos a agua desmineralizada muy
pura para alimentar calderas a altas presiones.
AGUAS RESIDUALES
• Por definición son aquellas que se desechan
después de su uso. Están contaminadas. con
materia orgánica, jabones, ácidos, etc.
FACTORES QUE INFLUENCIA LA
CORROSIÓN EN SISTEMAS DE AGUAS
1. Configuración del sistema.
2. La química del agua (dureza, cloruros, gases
disueltos).
3. La presencia de sólidos en el agua.
4. La velocidad del flujo.
5. La temperatura del agua.
6. La presencia de bacterias.
• El agua que contiene en
disolución
cantidades apreciables de compuestos de Ca
y Mg se llama agua dura. Estos compuestos
son
casi
siempre cloruros, sulfatos y
bicarbonatos.
• Las agua duras se consideran
poco
corrosivas dado que pueden depositar sobre
la superficie metálica, películas calcáreas
continuas
y compactas que inhiben la
corrosión.
• El Ca+2 y Mg+2 tienden y precipitan
• Ocurre la alcalinización del electrolito; lo cual
dificulta el proceso catódico de reducción del
O y con ello el proceso de corrosión.
• Clasificación de las aguas según su dureza:
2
 Las aguas blandas suelen ser más agresivas al carecer de
la formación de capas protectoras.
EL PAPEL DE LOS
CONTAMINANTES
• Los contaminantes en el agua se deben
controlar teniendo en consideración ambos
fenómenos, corrosión e incrustaciones. Debe
efectuarse una valoración precisa para conocer su
corrosividad, los datos mínimos requeridos para
esta valoración están incluidos en la siguiente
tabla.
EL PAPEL DE LOS
CONTAMINANTES
• Las incrustaciones pueden suministrar
excelente protección del sustrato o pueden
acentuar picados, fracturas o huecos. La
pérdida de transferencia de calor a través del
metal y la deposición de incrustaciones puede
ocasionar más problemas en ciertos usos. La
tendencia
del
agua
para
depositar
incrustaciones, o la temperatura requerida
para iniciar la formación de depósitos, se
puede estimar del índice Langelier - Ryznar.
(9.3 + A +aB)-controlar
(C + D) tal
De la relación dePHs
los= factores
como se muestra en la tabla se puede estimar
• Este valor puede usarse para calcular ya sea el índice de
corrosión, el índice de saturación o la temperatura de
iniciación de la incrustación, sustituyendo en la ecuación el pH
medido por el pH de saturación pHs.
PHs = (9.3 + A + B)- (C + D)
Índice de saturación: PH - pHs.
Cuando es igual a O, índica condiciones de equilibrio.
Mayor que O = formación de incrustación.
Menor que O = indica disolución de la incrustación o
corrosión.
Índice de estabilidad = 2 pHs – pH
Cuando el valor es mayor que 7.5, indica incremento de
corrosividad.
SUELOS
• El suelo constituye un sistema capilar poroso,
a menudo coloidal. Sus poros están llenos de
aire y humedad. El agua puede tener
diferentes formas de ligazón:
a) Fisicomecánica: Agua de los poros, o agua bajo la
forma de película sobre la pared de los poros.
b) Fisicoquímica: Agua de las formaciones coloidales
del suelo.
c) Química: Formación de hidratos de compuestos
químicos.
CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
• Se pueden clasificar de acuerdo a su porcentaje
de arena, arcilla, grava y limo, siendo los tamaños
de las partículas de las especies más finas:
– Arena de 0.07 a 2 mm
– Limo de 0.005 a 0.07 mm
– Arcilla menor de 0.005 mm.
• El suelo es el medio más corrosivo que existe,
teniendo en consideración las siguientes
variables:
A. Heterogeneidad en cuanto a naturaleza y tamaño de
partículas.
B. Diferencias de compactación que generan diferencias
en difusión de O2.
C. Humedad. Suelos arenosos, retienen difícilmente
agua, drenan con facilidad. Suelos arcillosos,
conservan fuertemente agua retenida.
D. Contenido de sales solubles. Cloruros, Bicarbonatos,
Alcalinoterreos, Sulfato Cálcico.