Cinetica de Corrosion i Elisban

Universidad Nacional De Ingeniería

Facultad De Ingeniería Química Y Textil Página 1

LABORATORIO 3

CINÉTICA DE CORROSIÓN

I.- OBJETIVOS

Construir la curva de polarización y establecer por la forma de la curva,

el tipo de polarización.

Identificar las reacciones químicas que ocurren durante la experiencia de

obtención de diagrama de potencial y distinguir las zonas en que se

producen tales reacciones.

Determinar la velocidad de corrosión a partir de la curva experimental de

polarización.

Determinar las ecuaciones químicas en todos los electrodos.

Calcular la corriente que pasa por cada electrodo.

Construir la curva de polarización.

Hallar la velocidad de corrosión a partir de la curva de polarización en

distintas zonas de la curva.

Identificar las reacciones químicas que ocurren en las zonas de la curva

de polarización.

II.- RESUME

EXPERIENCIA 1: OBTENCIÓN DE DIAGRAMAS DE POTENCIAL –

CORRIENTE PARA UNA PILA DE CORROSIÓN

Se conectan Fe y Zn mediante una resistencia variable en solución salina

(NaCl 3%). Se mide la corriente que circula por el circuito y el potencial de

cada metal, para construir posteriormente un diagrama de potencial –

corriente (Diagrama de Evans).

EXPERIENCIA 2: DETERMINACIÓN DE LA INFLUENCIA EN EL

POTENCIAL PARA ACERO INOXIDABLE EN MEDIO ÁCIDO

En H2SO4 0.2M se somete un arreglo de 23 electrodos de acero inoxidable

cromo – niquel y 22 resistencias de 12Ω en serie a una fuente de voltaje

contínua (rectificador) de 3 voltios para observar coloraciones y liberación

de gases, debido a las diferentes reacciones provocadas por los diferentes

potenciales en cada electrodo.



EXPERIENCIA 3: OBTENCIÓN DE LA CURVA DE POLARIZACIÓN DE

UN SISTEMA DE CORROSIÓN QUE PRESENTA RANGO DE PASIVIDAD

Un electrodo de Ni se coloca en una solución de H2SO4 (0.5M) junto a un

electrodo de referencia (calomel) y a un electrodo auxiliar de platino, luego

son conectados a un potenciostato, tomándose lecturas de potencial y

corriente a la velocidad de barrido de 1 mV/s. Las lecturas de corriente se

harán cada 10 mV



III.- EXPERIENCIAS:

EXPERIENCIA 1: Obtención De Diagramas De Potencial – Corriente

Para Una Pila De Corrosión

Datos:

E(mV)

resistencia R(ohm)

Fe Zn Intensidad de corriente I (mA)

circuito abierto 0 -0,85 -1,059 0

circuito cerrado 9999 -0,867 -1,053 0,018

600 -0,894 -1,042 0,24

270 -0,915 -1,035 0,43

150 -0,938 -1,025 0,8

59 -0,947 -1,021 1,08

39 -0,955 -1,018 1,27

28 -0,961 -1,016 1,42

20 -0,966 -1,014 1,55

15 -0,969 -1,012 1,66

9 -0,973 -1,01 1,84

5 -0,975 -1,008 2,01

2 -0,976 -1,007 2,2

0 -0,96 -0,99 2,17

a partir de estos datos experimentales obtenemos la grafica de Evans:



Grafica experimental:

Diagrama de Evans para Fe – Zn

Observaciones

Se observo que al aumentar la resistencia (circuito cerrado), el potencial del Fe aumenta (haciendo sé menos negativo), mientras que el potencial del Zn disminuye (haciéndose más negativo). En cuanto la corriente disminuye al aumentar la resistencia. En el electrodo de zinc se formó una coloración blanca, no ocurre la reducción del Fe, puesto que no hay presencia de iones de este metal disueltos en la solución en una cantidad apreciable, por lo que en este electrodo se da la reducción de oxigeno. De la grafica observamos que el Icorr es igual a 2.2 mA aproximadamente. Y el E es igual ah:

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

-1E-16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

E(m

V)

I (mA)

Fe

Zn

Icorr

Ecorr.Fe

Ecorr.Zn



( )

Explicación Teórica

A partir de los datos experimentales obtenidos en el laboratorio obtenemos el diagrama de Evans experimental donde podemos observar la Icorr de esta pila de corrosión, observando como el potencial del Fe disminuye actuando como cátodo y la del Zn se incrementa ligeramente actuando como ánodo. Este fenómeno es conocido como polarización y los valores van acercándose a medida que la resistencia disminuye por lo que a una resistencia cero se debe obtener Efe = Ezn , pero esto en la práctica no se da dándose un valor de E muy pequeño.

Las reacciones que se dan son las siguientes:

Zn Zn2+ + 2e- oxidación (ánodo)

O2 + 2H2O + 4e- 4OH- reducción (cátodo)

En el electrodo de Fe se dará La reducción del oxigeno (O2) forma iones

OH- debido a que los electrodos se encuentran en una solución salina.

Al colocar una alta resistencia la diferencia de potencial se observo una

diferencia de potencial elevado y la Icorr tiende a cero.

Calculo De La Velocidad De Corrosión La velocidad de corrosión se puede hallar con la siguiente ecuación:

( ) ( )

( )

Donde: Vcorr (mpy) : velocidad de corrosión en mili pulgadas por año Icorr: corriente de corrosión en μA A: área del electrodo de prueba en cm2 We: equivalente químico (peso molecular / # de electrones transferidos) ρ: densidad del material de prueba en g/cm3 Calculando la velocidad de corrosión del Zn:

Zn Zn2+ + 2e- Como del diagrama de Evans obtenemos la Icorr:



Icorr = 2.2 mA ρ = 7.13 g/cm3 We = 65.409/2 =32.7045 g/eq A =

( ) ( )

( )

( )

EXPERIENCIA 2: Determinación De La Influencia En El Potencial Para

Acero Inoxidable En Medio Ácido.

Datos:

diferencia de potencial entre los electrodos Nº 1 y 23 (V) 3,1

intensidad de corriente en el circuito (mA) 11,2

intensidad de corriente en el circuito 10 min (mA) 146

diferencia de potencial entre electrodos (mV)

10 min 30 min

electrodo 1 - electrodo 2 451 438
























Potencial del electrodo (mV)

10 min 30 min

electrodo 15 -60 -268

Se tiene una solución: H2SO4 0.2M K3FE(CN)6 : que sirve como indicador de la formación de Fe+2 NH4SCN : que sirve como indicador de la formación de Fe+3 Electrodo de referencia: calomel

Resistencia usada entre cada electrodo: 12

Electrodos

Zona Roja 2-3-4

Zona Azul 18-19-20-21

Zona De Burbujas 1-22-23

EXPLICACIÓN TEORICA Debido a la diferencias de pasos de corriente se observan tres fenómenos

diferentes que evidencian las diferentes reacciones provocadas por las

diferencias de los potenciales.asi se comprueba las diversas zonas de la

curva de polarización.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 151617181920 2122 23



COLORACIÓN AZUL Nos indica la presencia de iones Fe+2 originándose la formación del ión ferrocianuro ferroso, siendo la siguiente la reacción:

3 Fe-2 + [Fe(CN)6]-3 Fe3[Fe(CN)6]2

Esta reacción ocurre debido al sentido del flujo de la corriente que entra al electrodo, es decir un flujo de electrones desde el metal hacia la solución (electrolito) siendo el sentido de la corriente que va de la solución al electrodo de acero inoxidable, y se manifiesta por la oxidación de Fe a Fe+2 , estos últimos son identificados por el indicador K3FE(CN)6 en la solución, dando así la coloración azul observada. También podemos observar el burbujeo en los electrodos 22 y 23 y dado que el Fe se oxida entonces deducimos que quien se reduce es el hidrogeno q pasa de iones H+ de la solución acida, a H2 gaseoso que se desprende en forma de burbujas. Siendo las reacciones:

Fe → Fe+2 +2e- oxidación (anodo)

2H++ 2e- → H2 reducción (catodo)

COLORACIÓN ROJO Nos indica la presencia de iones Fe +3 originándose la formación de iones Ferricianato:

Fe+3 + 6NH4 SCN Fe [Fe(SCN)6] + 6NH4+

La Corrientes es generada por la aplicación del potencia externo (3V) , la cual ocasiona la oxidación de Fe a Fe+2 y de Fe+2 a Fe+3 dándonos una coloración de color roja. También se observa un burbujeo en el electrodo 1 ocasionándose el desprendimiento de oxigeno (O2) debido a la reducción de del hidrogeno proveniente de la descomposición del agua. Entonces deducimos que la corriente sale del electrodo 1 hacia la solución. Siendo las siguientes las reacciones en esta parte de la celda:

Fe+2 Fe+3 + 1e- H2O ½ O2 + 2 H+ + 2e-

CÁLCULOS EXPERIMENTALES:



Cuando no se han sumergido el sistema de 23 electrodos de acero inoxidable, las resistencias están en serie y la resistencia equivalente sería la siguiente:

Al sumergir los electrodos ya no se tiene resistencias en serie sino que ahora existe un ordenamiento en paralelo y la resistencia equivalente se obtiene a partir de la sumatoria de las inversas de las resistencias de cobre y del medio .sabiendo además que las resistencias del sistema tienen un valor de 12 ohm:

(

)

Donde: Rm : resistencia del medio debido a la corrosión

Se deduce entonces que Req.serie Req.paralelo

Y la corriente la calculamos por la ley de Ohm:

Entonces la corriente será:

El cálculo del potencial será de la siguiente forma:

( )

Para calcular las corrientes lo haremos con la siguiente ecuación:

De los datos sabemos que:

Entonces calculamos la resistencia total al sumergir los electrodos en la solución:

Y con este dato hallamos la resistencia del medio sabiendo que:



∑(

)

( )

( )

Hallamos los potenciales de cada electrodo con la siguiente fórmula:

( )

potencial del electrodo

10 min 30min

electro 1 1924 1815

electro 2 1473 1377

electro 3 1243 1136

electro 4 1119 1003

electro 5 1008 887

electro 6 902 773

electro 7 798 660

electro 8 695 548

electro 9 585 428

electro 10 461 280

electro 11 357 168

electro 12 254 61

electro 13 151 -47

electro 14 45 -158

electro 15 -60 -268

electro 16 -168 -376

electro 17 -279 -487

electro 18 -392 -600

electro 19 -489 -697

electro 20 -582 -790

electro 21 -683 -891

electro 22 -1143 -1351

electro 23 -1433 -1641

Se halla la corriente que pasa por cada resistencia usando:



( )

Y la corriente que pasa por la solución usando:

corriente por la resistencia I = ∆V/12 (mA)

corriente que pasa por el medio (mA)

10 min 30 min 10min 30 min

electrodo 1 - electrodo 2 37.58 36.50 108.42 109.50






















Calculo Para Corriente De Cada Electrodo:

Como la corriente que ingresa es de 146 mA al sistema de electrodos

sumergidos entonces podemos calcular la corriente de q sale o entra de

cada electrodo con la siguiente formula:

I (mA) Sentido de la corriente

10 min



electro 1 108.42 Sale


electro 3 8.83 Sale

electro 4 1.08 Sale

electro 5 0.42 Sale

electro 6 0.17 Sale

electro 7 0.08 Sale

electro 8 -0.58 Entra




electro 12 0 Sale












-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

-40.00 -20.00 - 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00

E (m

V)

I (mA)



EXPERIENCIA 3: Obtención De La Curva De Polarización De Un

Sistema De Corrosión Que Presenta Rango De Pasividad.

Datos Experimentales:

electrodo de referencia calomel

Electrodo de trabajo níquel

rango de barrido (mV) 1800

potencial de inicio de barrido (mV) -200

resistencia (ohm) 10

potencial (mV)

voltaje medido (mV)

intensidad (mA) (V/10)

potencial (mV)

voltaje medido

(mV)

intensidad (mA) (V/10)

-200 -0,006 -0,0006 170 0,003 0,0003

-190 -0,005 -0,0005 180 0,0021 0,00021

-180 -0,005 -0,0005 190 0,0021 0,00021

-170 -0,005 -0,0005 200 0,0048 0,00048

-160 -0,005 -0,0005 210 0,004 0,0004

-150 -0,0049 -0,00049 220 0,006 0,0006

-140 -0,0047 -0,00047 230 0,01 0,001

-130 -0,0046 -0,00046 240 0,016 0,0016

-120 -0,0045 -0,00045 250 0,025 0,0025

-110 -0,004 -0,0004 260 0,033 0,0033

-100 -0,0039 -0,00039 270 0,039 0,0039

-90 -0,0037 -0,00037 280 0,048 0,0048

-80 -0,0035 -0,00035 290 0,045 0,0045

-70 -0,0032 -0,00032 300 0,047 0,0047

-60 -0,003 -0,0003 310 0,041 0,0041

-50 -0,0027 -0,00027 320 0,03 0,003

-40 -0,0025 -0,00025 330 0,021 0,0021

-30 -0,0023 -0,00023 340 0,014 0,0014

-20 -0,0021 -0,00021 350 0,012 0,0012

-10 -0,002 -0,0002 360 0,01 0,001

0 -0,0016 -0,00016 370 0,008 0,0008

10 -0,0015 -0,00015 380 0,007 0,0007

20 -0,0009 -0,00009 390 0,007 0,0007

30 -0,0007 -0,00007 400 0,007 0,0007

40 0 0 500 0,011 0,0011

50 0,0007 0,00007 600 0,016 0,0016

60 0,0012 0,00012 700 0,014 0,0014

70 0,0018 0,00018 800 0,017 0,0017

80 0,0019 0,00019 900 0,018 0,0018

90 0,002 0,0002 1000 0,021 0,0021



100 0,002 0,0002 1100 0,021 0,0021

110 0,0021 0,00021 1200 0,022 0,0022

120 0,0028 0,00028 1300 0,025 0,0025

130 0,003 0,0003 1400 0,029 0,0029

140 0,0028 0,00028 1500 0,036 0,0036

150 0,0025 0,00025 1600 0,057 0,0057

160 0,003 0,0003

De los datos experimentales obtenemos la siguiente curva de

polarización del níquel:



-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

-0.001 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007

E(m

V)

I (mA)

Zona Activa

Ni Ni+2 + 2 e-

Zona Inmune

2H+ + 2e - H2 ↑

Zona Pasiva Ni(OH)2 NiO + H2O

Zona Trans-Pasiva Ni +2 + e- Ni+3 2 H2O O2 + 4H+ + 4e-



Explicación Teórica

Se utilizo el potenciostato que es un instrumento electrónico que permite imponer a una muestra metálica en este caso el Ni, colocada en un medio líquido y conductor, un potencial constante o variable, positivo o negativo, con respecto a un electrodo de referencia. Este electrodo de referencia no forma parte del circuito de electrólisis y, por el mismo, no circula corriente alguna (debida a la alta impedancia del mismo). Su presencia se debe exclusivamente a que sirve de referencia para medir en todo momento el potencial del electrodo de trabajo. Este potenciostato permite la obtención de la curva de polarización total de forma experimental en una celda de polarización, en forma rápida, precisa. Para cerrar el circuito de electrólisis se utiliza un tercer electrodo, por lo general de un material inatacable por el medio en que se realiza la experiencia (platino).

La Curva Teórica De Polarización Para El Níquel Es La Siguiente:



Al obtener la curva experimental de polarización del níquel se observo que

tiene la misma se aproxima a la curva teórica, entonces podemos observar

también las 4 zonas que se forman siendo estas zonas las siguientes:

ZONA INMUNE: en esta zona se existe un continuo burbujeo debido que

aquí el níquel está en su estado basal y la reducción se dará por el H+

presente de la solución acida.se da la siguiente reacción de reducción:

2H+ + 2e - H2 ↑

ZONA ACTIVA: En esta zona se la superficie del Ni es parcialmente

cubierto por una capa de óxido de baja solubilidad. . A medida que

aumenta la corriente se forma una película aislante sobre la superficie del

electrodo dándose la oxidación del Ni a Ni+2 :

Ni Ni+2 + 2 e-

En esta zona la disolución anódica del Níquel es catalizada por OH-. Siendo este mecanismo la base para explicar la disolución anódica lenta del níquel en soluciones acidas (baja concentración de iones OH-)

Se dan las siguientes reacciones:

Ni + OH- NiOH (ads) + e-

NiOH (ads) NiOH+ + e-

NiOH+ Ni+2 + OH-

ZONA PASIVA: En esta zona todo él Ni está cubierto totalmente por el

óxido, bajando así la densidad de corriente y ocasionando asi que la tasa d

corrosión baje. Existe un valor de Imax que es una medida de la facilidad

del níquel a pasivarse.

En la curva de polarización existe una densidad de corriente crítica (icrítica), donde la corriente cae bruscamente a un valor inferior llamado densidad de corriente de pasivación (i pasiva) al que corresponde un potencial (Ep). En este punto la película de oxido aislante se disuelve, y es reemplazada por una película de oxido pasivante, que es una película casi invisible, de unas decenas de Angstroms, y reducen la velocidad de corrosión , al impedir el contacto del material metálico con el medio agresivo. esta capa se debe a la formación de una capa de Ni(OH)2 la cual es convertida en NiO. Dándose la siguiente reacción:

Ni(OH)2 NiO + H2O

al cubrir todo el área sumergida de Ni la corriente toma un valor que se mantendrá casi constante durante un intervalo de potencial, este valor se llama corriente de pasivación i pasiva , y el nivel de corrosión se reduce a niveles muy bajos.



ZONA TRANS – PASIVA: en esta zona el Ni se vuelve a oxidar de la capa protectora, disolviendo de forma más rápida, incrementándose así la tasa de corrosión. La densidad de corriente se incrementa a potenciales más altos, dando así la disolución del níquel a través de la película de óxido principalmente a Ni+3 acompañados del desprendimiento de oxígeno. en esta zona el ataque es uniforme, independiente de la orientación cristalina del metal.

Y se dan las siguientes reacciones:

Ni +2 + e- Ni+3

2 H2O O2 + 4H+ + 4e-

Calculo De La Velocidad De Corrosión En Los Puntos Críticos

La velocidad de corrosión se puede hallar con la siguiente ecuación:

( ) ( )

( )

Donde: Vcorr (mpy) : velocidad de corrosión en mili pulgadas por año Icorr: corriente de corrosión en μA A: área del electrodo de prueba en cm2 We: equivalente químico (peso molecular / # de electrones transferidos) ρ: densidad del material de prueba en g/cm3

Ni Ni+2 + 2 e-

Como del diagrama de Evans obtenemos la Icorr para cada ponto critico: ρ = 7.13 g/cm3 We = 58.71g / 2 =29.35 g/eq A =

intensidad de corriente de corrosión Icorr (mA)

Zona trans-pasiva Zona pasiva Zona activa

0.0057 0.0021 0.0048

Vcorr (mpy)



IV.- CONCLUSIONES

EXPERIENCIA 1: Se concluye a partir de los datos experimentales y las gráficas obtenidas (diagrama de Evans), a medida que aumenta la corriente en el circuito cerrado, los potenciales de los electrodos se aproximan en su valor numérico. La zona anódica aumente en su potencial, mientras que la zona catódica disminuye a un aumento de intensidad de corriente, hasta que momento la corriente que sale del ánodo es la misma que entra al cátodo. Es esencial el uso de las resistencias para variar el paso de la corriente por el circuito y de está manera simular la curva de EVANS.

EXPERIENCIA 2: Se concluye al obtener la grafica del acero inoxidable que con varias piezas de un mismo material inmerso en el mismo medio, se puede identificar el comportamiento que tiene el acero inoxidable a lo largo de su curva de polarización, detectando las todas las zonas de polarización que nos ayudan a la futura protección del metal. Esto se consigue ver con la aplicación de voltaje a partir de un rectificador, resistencias situadas entre los 23 electrodos y la aplicación de indicadores que nos muestren las coloraciones respectivas en la identificación da los iones en la solución.

EXPERIENCIA 3: se concluye que el uso de un potenciotato es útil en la construcción de la curva de polarización, que nos ayudara a identificar las zonas de polarización del níquel y donde este puede sufrir un gran desgaste y donde el níquel está protegido por su capa de óxido.

V.- Bibliografía

Corrosión y protección

Autor Luis Bilurbina Alter, Francisco Liesa Mestres, José Ignacio Iribarren Laco

Publicado por Edicions UPC, 2003

Pag 77-78

http://www.industriaaldia.com/articulos/64-13.pdf

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