UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERÍA DE ALIMENTOS

ASIGNATURA: PRINCIPIOS DE ELECTROQUÍMICA Y CORROSIÓN

CICLO II-2015

Laboratorio N° 1

“Pureza de los metales. Corrosión por contacto y efecto de las

tensiones sobre la corrosión”

PRESENTAN:

CARNET APELLIDOS NOMBRES

AB13002 ALVARENGA BERNAL, KEVIN REMBERTO

ES13001 ECHEVERRÍA SERRANO, EDUARDO BENJAMÍN

EM13006 ELÍAS MARTÍNEZ, JORGE LUIS

HB13004 HERNÁNDEZ BÁTRES, JENNIFER ALEXANDRA

PJ13001 PÉREZ JÍMENEZ, LUIS FERNANDO

INSTRUCTOR: ING. MIGUEL FRANCISCO AREVALO

FECHA DE REALIZACIÓN: MIERCOLES 2 DE SEPTIEMBRE DE 2015

CIUDAD UNIVERSITARIA, MIERCOLES 16 DE SEPTIEMBRE DE 2015

INDICE

RESUMEN ................................................................................................................ 1

OBJETIVOS ............................................................................................................. 2

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 2

1.0 TEORÍA APLICADA AL LABORATORIO ...................................................... 3

2.0 MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO ................................................................... 5

3.0 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ................................................................ 6

4.0 RESULTADOS Y OBSERVACIONES ................................................................ 7

4.1 DATOS .................................................................................................. 7

5.0 CUESTIONARIO .............................................................................................. 9

6.0 CONCLUSIONES .......................................................................................... 12

7.0 RECOMENDACIONES ................................................................................. 13

8.0 REFERENCIAS ................................................................................................ 13

8.1 BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 13

8.2 INTERNET ............................................................................................ 13

9.0 ANEXOS ......................................................................................................... 14

1

RESUMEN

En el presente reporte de la práctica “Pureza de los metales: corrosión por

contacto y efecto de las tensiones sobre la corrosión” se exponen los

resultados de colocar pares de metales diferentes tocándose y con un

ambiente de acidez e interferencias orgánicas, esto es acelerando el

proceso de corrosión, al exponer a tal atmosfera pares de metales se pudo

observar reacciones inmediatas de coloración, exponiéndose en el

presente documento lo que significan debido a la combinación de cada

par, además de señalar quien ejercía la función de cátodo y ánodo cada

vez y las propiedades de cada metal, potenciales normales de oxidación y

otros.

También se pudo observar la corrosión por tensión, de diferentes clavos

sometidos a diferentes tensiones y uno no sometido a ninguna, destacando

la magnitud de la deformación aplicada en el proceso de corrosión.

2

OBJETIVOS

Observar y describir de manera cualitativa los efectos de la corrosión

por contacto y la corrosión bajo tensiones

Identificar dada la naturaleza y propiedades de cada metal, cual

funciona como cátodo y como ánodo al encontrarse en contacto y

bajo un medio que propicie la corrosión

Identificar la incidencia de la tensión aplicada en el deterioro y

destrucción de metales por corrosión

INTRODUCCIÓN

Los fenómenos de oxidación y corrosión presentan un serio problema en

muchas áreas a pequeña escala ya escala industrial tales como: viviendas

y construcción, herramientas, aparatos metálicos entre otros. Algunos tipos

importantes de corrosión son:

La rotura por corrosión por esfuerzo o bajo tensión (stress corrosion

craking SCC) de metales se refiere a la rotura originada por la

combinación de efectos de tensiones intensas y corrosión especifica

que actúa en el entorno del metal. Durante la SCC el ataque que

recibe la superficie del metal es generalmente muy pequeño mientras

que las grietas aparecen claramente localizada y se propagan a lo

largo de la sección del metal.

La corrosión por contacto, galvánica o corrosión externa tipo aparece

cuando en presencia de un electrodo (una solución ácida o, en

último extremo la propia humedad atmosférica) dos elementos

metálicos están unidos entre sí con continuidad eléctrica, formando

una verdadera pila. Entre estos dos elementos, el que más

rápidamente se corroe es el más anódico.

El conocer cómo funciona el mecanismo de oxidación y corrosión es la

herramienta para prevenirla o en su defecto retardarla, como estudiantes y

futuros profesionales de la industria química es imperante esta necesidad. En

el presente trabajo damos a conocer los resultados de someter diferentes

metales a ambientes de corrosión por tensión y corrosión por contacto o

galvánica.

3

1.0 TEORÍA APLICADA AL LABORATORIO

Corrosión por contacto

La corrosión por contacto o galvánica es el desgaste de un metal debido a

un proceso electroquímico producido por el contacto de dos metales. En la

corrosión por contacto el factor más importante son los potenciales de

reducción de los metales que están en contacto, con los cuales puede

predecirse cuál de ellos se oxidará.

El metal con el potencial de reducción más negativo será el que se oxidara

más fácilmente. Los metales en contacto forman una celda galvánica, para

la cual puede se puede determinar la dirección de la reacción. El potencial

de reducción puede cambiar por el medio en el que se encuentren los

metales, ya que factores como el pH, composición de la atmosfera,

catalizadores o inhibidores pueden afectar la reacción.

Factores que influyen en la corrosión galvánica.

El uso de una capa protectora entre metales diferentes evitará la

reacción de los dos metales.

Tamaño relativo de ánodo y cátodo: Esto se conoce como "efecto

de la zona". Como es el ánodo el que se corroe más rápido, cuanto

más grande sea el ánodo en relación con el cátodo, menor será la

corrosión. Por el contrario, un ánodo pequeño y un cátodo grande

hará que el ánodo se dañe fácilmente. La pintura y el revestimiento

pueden alterar las zonas expuestas.

La aireación del agua de mar. El agua pobremente aireada puede

afectar a los aceros inoxidables, moviéndolos más hacia el final de

una escala anódica galvánica.

Grado de contacto eléctrico - Cuanto mayor es el contacto

eléctrico, más fácil será el flujo de corriente galvánica.

Resistividad eléctrica del electrolito. Al aumentar la resistividad del

electrolito disminuye la corriente, y la corrosión se hace más lenta

Rango de diferencia de potencial individual entre los dos metales: Es

posible que los distintos metales podrían solaparse en su gama de

diferencias de potencial individual. Esto significa que cualquiera de

los metales podría actuar como ánodo o cátodo dependiendo de

las condiciones que afectan a los potenciales individuales.

Cubierta del metal con organismos biológicos: Los limos que se

acumulan en los metales pueden afectar a las zonas expuestas, así

4

como la limitación de caudal de agua circulante, de la aireación, y

la modificación del pH.

Óxidos: Algunos metales pueden ser cubiertos por una fina capa de

óxido que es menos reactivo que el metal desnudo. Limpiar el metal

puede retirar esta capa de óxido y aumentar así la reactividad.

Humedad: Puede afectar a la resistencia electrolítica y al transporte

de iones.

Temperatura: La temperatura puede afectar a la tasa de resistencia

de los metales a otros productos químicos. Por ejemplo, las

temperaturas más altas tienden a hacer que los aceros sean menos

resistentes a los cloruros.

Tipo de electrolito - La exposición de una pieza de metal a dos

electrolitos diferentes (ya sean diferentes productos químicos o

diferentes concentraciones del mismo producto) pueden causar que

una corriente galvánica fluya por el interior del metal.

Para que se dé la corrosión galvánica los metales deben estar en contacto

directo o por medio de un material conductor, además de estar en

contacto con un líquido.

Un ejemplo común de corrosión galvánica es la oxidación de las láminas de

acero corrugado, que se generaliza cuando el recubrimiento de zinc de

protección se rompe y el acero subyacente es atacado. El zinc es atacado

preferentemente porque es menos noble, pero cuando se consume, se

produce la oxidación en serio del acero. Con una lata recubierta de estaño,

como las de conservas, ocurre lo contrario porque el estaño es más noble

que el acero subyacente, por lo que cuando se rompe la capa, el acero es

atacado preferentemente.

Muchas veces, para que exista corrosión galvánica no se requiere de dos

metales en contacto. Por ejemplo las tuberías metálicas para transportar

agua potable pueden formar un acople galvánico con algunos iones

disueltos en el suelo. Estos iones consumen los electrones libres de la tubería,

generando desintegración de esta con el objeto de restaurar el equilibrio en

las cargas eléctricas. Por esta razón, las tuberías galvanizadas se pudren

después de algunos años de estar enterradas.

Para evitar corrosión de este tipo se usa el mismo principio conectando el

artefacto de metal susceptible a la corrosión con uno o varios bloques de

un metal más fácilmente oxidable, llamados ánodos de sacrificio.

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Por ejemplo, los tanques de hierro se conectan con magnesio como ánodo

de sacrificio.

Corrosión por tensión.

La corrosión bajo tensiones (conocido como “stress corrosion cracking”,

SCC) es un proceso en el que la combinación de carga mecánica,

ambiente corrosivo y temperaturas elevadas pueden llevar al deterioro.

Surgen delgadas grietas, que pueden extenderse bastante rápido, llegando

al fallo de alguna parte e incluso de la estructura completa. Las grietas son

difícilmente visibles en la superficie y difíciles de detectar con un examen

visual.

Este complejo tipo de corrosión es el efecto de la combinación de la

composición de la aleación, la carga mecánica, el ambiente, el diseño, la

temperatura y el tiempo. Los factores adicionales como los depósitos, el tipo

de superficie y los ciclos térmicos también pueden contribuir a este proceso.

Se encuentra, frecuentemente, en ausencia de cualquier otro tipo de

ataque corrosivo. Virtualmente, todas las aleaciones son sensibles a la SCC

en un medio ambiente específico y con un conjunto de condiciones.

6

2.0 MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO

13 botes pequeños de vidrio

con tapadera

Lija

3 clavos de hierro

Cobre

Zinc

Hierro

Aluminio

Plomo

Preparación del agar:

Mechero Bunsen

Trípode y Malla de asbesto

Beacker de 1000mL

Balanza semi-analítica

Espátula

Agitador de vidrio

Termómetro

Probeta de 50mL

6 gramos de agar-agar

4 gramos de Fe(CN)3K3

0.1 gramo de fenolftaleína

2 gramos de NaCl

3.0 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Parte 1: Corrosión por contacto

1.Corte 4 trozos de cada metal ,limpie y lije cada uno

2.coloce en 10 botes diferentes estando en contacto los pares: Al-Pb, Cu-Pb, Zn-Pb, Fe-Pb, FE-Cu, Zn-Cu, Al-Zn, Cu-Al, Al-Fe, Zn-Fe

Rotule cada uno.

3.Agregue Ferroxilina a cada uno de los botes hasta cubrir totalmente los metales

4.Observe y anote lo ocurrido durante la primera hora

5.Observe y anote lo ocurrido a cada apr metalico el siguiente dia de observacion.

7

Parte II. Efecto de las tensiones sobre la corrosión

4.0 RESULTADOS Y OBSERVACIONES

4.1 DATOS DESPUÉS DE UNA HORA

CORROSIÓN POR CONTACTO

Pares

metálicos

Observaciones durante la primera hora.

Al-Pb Se forman partículas verdosas que están presentes en la

solución y esta cambia a un tono de color verde claro.

Cu-Pb El Cu comenzó a desprender lentamente partículas

verdosas lo que hace que el cambio en el color de la

solución se de en un largo tiempo.

Zn-Pb La solución muestra no cambia del color característico de

la ferroxilina y en toda la superficie del Zn se observan

burbujas.

Fe-Pb El Fe desprendió partículas verdosas las cuales hacen que

el color amarillo de la ferroxilina cambie a un tono verde

claro.

Fe-Cu Se aprecia que del Fe se desprenden partículas verdes

que se encuentran suspendidas en la solución la cual

cambia de tono por el exceso de dichas partículas.

Zn-Cu En el Zn se observan burbujas y en el Cu se aprecian pocas

partículas verdosas.

Tome 3 clavos de hierro

Aplaste un clavo por la parte central y lije otro hasta obtener

brillo metalico

Coloque cada clavo dentro de un recipiente y

rotulelos.

Agregue Ferroxilina a cada uno de los

recipientes

4.Observe y anote lo ocurrido durante la

primera hora y al siguiente dia de

observacion

8

Al-Zn Se observa que en los dos metales hay burbujas y el

cambio de color de la solución es mínima.

Cu-Al Se forman burbujas alrededor del Al y en el Cu se observan

partículas verdosas. La solución dio un tono verde claro.

Al-Fe El Fe como en todas las soluciones es la que más partículas

verdosas genera cambiando así el color de la solución.

Zn-Fe Se logran observar burbujas alrededor del Zn y partículas

que parece que se están desprendiendo del Fe color

verde oscuro.

EFECTO DE LAS TENSIONES SOBRE LA CORROSIÓN

Estado del

clavo.

Observaciones durante la primera hora.

Nuevo Se observa que hay pocas partículas desprendidas en

el clavo nuevo y la solución permanece con pocos

cambios en el color.

Lijado Se formaron un poco más de partículas verdosas que

en el clavo nuevo, debido a que al lijar el clavo hasta

dejarlo con el brillo metálico hay una superficie de

contacto directa con la solución y la corrosión se da

con más velocidad.

Aplastado Observamos que se desprenden partículas verdosas

más rápido que en el lijado.

UN DÍA DESPUES

CORROSIÓN POR CONTACTO.

Pares

metálicos

Observaciones un día más tarde.

Al-Pb En el plomo no se observó cambio, en cambio en el

aluminio se formó un precipitado blanco y la solución

gelatinosa color verde-amarilla.

Cu-Pb El plomo no surge ningún cambio, el cobre presenta el

color verdoso pero al mismo tiempo tenía un color idéntico

al característico y la solución gelatinosa características de

todas las oxidaciones por contacto.

Zn-Pb Se notaban las burbujas a su alrededor del zinc y la

solución gelatinosa color verde limón.

Fe-Pb La solución gelatinosa color verde oscuro la cual fue la

más intensa, el hierro desprende partículas verde oscuro y

el plomo no tiene cambios.

9

Fe-Cu El cobre no sufrió oxidación, en hierro desprendió las

partículas verdosas y azules las cuales con la ferroxilina

formaron una solución gelatinosa verde intenso.

Zn-Cu En este la solución gelatinosa es verde claro, en el zinc se

observó burbujas a todo su alrededor y el cobre formo un

color café quemado en poca proporción.

Al-Zn Solución gelatinosa con poco cambio de color al de la

ferroxilina, el zinc con burbujas alrededor.

Cu-Al El aluminio en la zona de contacto tenía color blanco y el

cobre no tenía mayor cambio. La solución gelatinosa dio

un tono verde claro.

Al-Fe Solución gelatinosa verde oscuro, en el hierro se

desprendió un color azul y el aluminio no presenta

cambios.

Zn-Fe El en zinc se forman burbujas alrededor, en el hierro se

forma un color azul oscuro y la solución gelatinosa.

EFECTO DE LAS TENSIONES SOBRE LA CORROSIÓN

Estado del

clavo.

Observaciones un día más tarde.

Nuevo Solución poco gelatinosa y se observa que en este la

corrosión fue mínima en comparación con los otros

clavos, presenta dos colores una fase verde limón y la

otra verde oscuro.

Lijado Solución gelatinosa color verde oscuro en la cual el

clavo presentó un desprendimiento de color verde

intenso. (solución más verde que las de los otros clavos)

Aplastado El clavo desprendió el mismo color verde intenso el

cual la solución gelatinosa presentó un color

intermedio entre el clavo lijado y el clavo nuevo.

5.0 CUESTIONARIO

1. Identifique los ánodos y cátodos de cada uno de los pares metálicos

Para los pares metálicos que sufrían corrosión galvánica, la parte anódica

será la que presente una corrosión en mayor proporción, es decir el que se

corroe más rápido debido al medio; por tanto basta solamente con la

observación del comportamiento de los pares y no así e mayores cálculos.

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Basándonos en las imágenes documentadas (ver anexos) se puede

concluir:

Par metálico Ánodo Cátodo

Al-Pb Pb Al

Cu-Pb Cu Pb

Zn-Pb Pb Zn

Fe-Pb Pb Fe

Fe-Cu Cu Fe

Zn-Cu Cu Zn

Al-Zn Zn Al

Cu-Al Cu Al

Al-Fe Fe Al

Zn-Fe Fe Zn

2. Plantee las reacciones ocurridas para cada par metálico

Debido al balanceo de parte de los electrones y los distintos números de

oxidación de los metales participantes, se escriben las ecuaciones de las

respectivas reacciones, de forma balanceada:

Aluminio-Plomo

Oxidación: 3𝑃𝑏0 → 3𝑃𝑏2+ + 6𝑒−

Reducción: 2𝐴𝑙3+ + 6𝑒− → 2𝐴𝑙0

Cobre-Plomo

Oxidación: 𝐶𝑢0 → 𝐶𝑢2+ + 2𝑒−

Reducción: 𝑃𝑏2+ + 2𝑒− → 𝑃𝑏0

Zinc-Plomo

Oxidación: 𝑃𝑏0 → 𝑃𝑏2+ + 2𝑒−

Reducción: 𝑍𝑛2+ + 2𝑒− → 𝑍𝑛0

Hierro-Plomo

Oxidación: 𝑃𝑏0 → 𝑃𝑏2+ + 2𝑒−

Reducción: 𝐹𝑒2+ + 2𝑒− → 𝐹𝑒0

Hierro-Cobre

Oxidación: 𝐶𝑢0 → 𝐶𝑢2+ + 2𝑒−

Reducción: 𝐹𝑒2+ + 2𝑒− → 𝐹𝑒0

Zinc-Cobre

Oxidación: 𝐶𝑢0 → 𝐶𝑢2+ + 2𝑒−

Reducción: 𝑍𝑛2+ + 2𝑒− → 𝑍𝑛0

Aluminio-Zinc

Oxidación: 3𝑍𝑛0 → 3𝑍𝑛2+ + 6𝑒−

Reduccion: 2𝐴𝑙3+ + 6𝑒− → 2𝐴𝑙0

Cobre-Aluminio

Oxidación: 3𝐶𝑢0 → 3𝐶𝑢2+ + 6𝑒−

11

Reduccion: 2𝐴𝑙3+ + 6𝑒− → 2𝐴𝑙0

Aluminio-Hierro

Oxidación: 3𝐹𝑒0 → 3𝐹𝑒2+ + 6𝑒−

Reducción: 2𝐴𝑙3+ + 6𝑒− → 2𝐴𝑙0

Zinc-Hierro

Oxidación: 𝐹𝑒0 → 𝐹𝑒2+ + 2𝑒−

Reducción: 𝑍𝑛2+ + 2𝑒− → 𝑍𝑛0

3. ¿Cuáles son los potenciales normales de oxidación de los metales

involucrados en la práctica?

Metal Ecuación de

oxidación

Potencial normal de

oxidación

Cu 𝐶𝑢0 → 𝐶𝑢2+ + 2𝑒− -0.34

Zn 𝑍𝑛0 → 𝑍𝑛2+ + 2𝑒− 0.76

Fe 𝐹𝑒0 → 𝐹𝑒2+ + 2𝑒− 0.44

Pb 𝑃𝑏0 → 𝑃𝑏2+ + 2𝑒− 0.13

Al 𝐴𝑙0 → 𝐴𝑙3+ + 3𝑒− 1.66

4. Explique el fenómeno de corrosión por contacto y el de corrosión por

tensión.

Corrosión por contacto

También denominada corrosión galvánica, se puede definir como la

corrosión debida a el contacto propio de metales en los que uno de ellos

hace que su par se corroa con mayor rapidez, entre los factores que afectan

este tipo de corrosión se encuentran los potenciales, polarización y el medio

corrosivo en el que se encuentren, este tipo de fenómeno se puede explicar

mediante la propiedad metálica de alto número de electrones libres;

cuando 2 metales se ponen en contacto entre sí, debido a la diferencia

entre estos de electrones se produce un desbalance, por lo que se produce

un flujo de electrones y con ello la aparición de cargas entre los metales (por

la ausencia o exceso de electrones en el mismo), fenómeno conocido como

acople galvánico, el cual al estar en un medio corrosivo, induce una

corrosión galvánica entre estos:

12

Corrosión por tensión.

Es un tipo de corrosión que se ve impulsada por la acción simultanea de un

medio corrosivo y un tensión metalico-estatica sobre el material, se le

conoce por su siglas en inglés como SCC (stress corrosión cracking) y

acostumbra afectar a aleaciones en las que los componentes son de

carácter noble, es de agregar que de igual manera el aumento en grado

de las deformaciones de igual forma aumenta la probabilidad de una SCC

5. ¿Puede determinarse a partir de los potenciales de oxidación cuál

metal se comportará como ánodo o cátodo en la corrosión por

contacto? Explique.

Si, se pueden utilizar como base los potenciales de oxidación en este tipo de

corrosión debido a que este número nos indica el poder de agente oxidante

que posee el metal y de esta forma comparar entre los 2 cual tendría la

facultad de oxidarse debido a su potencial.

6.0 CONCLUSIONES

En base a los objetivos de la práctica y a lo observado de los resultados

experimentales, se concluye que:

En el experimento de corrosión por contacto o corrosión galvánica, el

metal que se corroe en mayor proporción actúa como ánodo,

mientras que el otro actúa como cátodo. Esto es observable de forma

experimental a través de la coloración azul cerca de este metal, y es

comprobable de forma cuantitativa comparando los potenciales de

oxidación tabulados para cada metal.

En el experimento de corrosión por tensión se comprobó que el clavo

aplastado se ve más afectado por la corrosión tanto en una hora

como después de un día, incluso más que el clavo lijado. Esto se debe

13

a las pequeñas grietas y roturas que ocurren en el metal y que

aceleran el proceso de corrosión

7.0 RECOMENDACIONES

Para obtener mejores resultados de observación en estos experimentos, se

recomienda:

Lijar bien los metales a introducir en la solución de ferroxilina

Usar trozos pequeños y alargados de los metales a usar en cuanto

sea posible

Ubicar los metales en contacto como se indica y cuidar que estos no

se separen al mover los frascos o agregar la solución de ferroxilina

Aplastar bien el clavo en el experimento de corrosión por tensión, sin

llegar a quebrarlo.

8.0 REFERENCIAS

8.1 Referencias Bibliográficas:

Chang, R. (2009). Fisicoquímica - 3° Edición . México: McGraw

Hill/Interamericana.

Chang, R. (2010). Química. 10a. Edición. México: McGraw-Hill/Interamerica

Editores.

Damaskin, B. P. (2004). Fundamentos de Electroquímica Teórica - 4° Edición.

Moscú: MIR.

8.2 Referencias en Internet

Georga State University. (2013). Potenciales de Oxidación y Reducción.

Obtenido de Hyperphysics: http://hyperphysics.phy-

astr.gsu.edu/hbasees/chemical/redoxp.html

Gerencia Técnica - Tecnología de Procesos Industriales. (2006). Corrosión

en la Industria de Alimentos. Obtenido de Universidad Tecnológica

de Pereira: http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/tiposdecorrosion

Universidad Centroamericana "José Simeón Cañas". (2005). Clase 22-

Ciencia de los Materiales. Obtenido de Portal de Ingeniería y

Arquitectura:

http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2022.pd

f

Universitat Politécnica de Valéncia. (2004). Corrosión Galvánica entre dos

metales. Obtenido de

http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm12/pfcm12_4_2.html

14

9.0 ANEXOS

-FOTOGRAFÍAS DE LOS METALES EN EXPERIMENTO DESPUÉS DE UNA HORA:

15

-FOTOGRAFÍAS DE LOS METALES EN EXPERIMENTO DESPUÉS DE UN DÍA:

16