Laboratorio 8 Quimica

 

LABORATORIO DE QUIMICA 8 Corrosión de metales

  1.

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INTRODUCCION

En el siguiente informe daremos a conocer experiencias realizadas en el laboratorio 8 de química, “corrosión de metales”, orientado a   identificar si en un metal existe corrosión en un determinado medio aire o líquido con un indicador de corrosión, también a elegir un mejor ánodo de sacrificio para poder contrarrestarla, a plantear las ecuaciones de óxido  –  reducción en los respectivos electrodos y finalmente a crear celdas galvánicas.

2.

OBJETIVOS

  Experimentar con el indicador de Fe2+ 



  Experimentar con la corrosión corrosión del hierro en diferentes medios  medios 



  Plantear ecuaciones químicas de corrosión.  corrosión. 



  Elegir el mejor ánodo de sacrificio de otro metal.  metal. 



galvánicas.    Construir celdas galvánicas. 



3.

MATERIAL Y EQUIPO Reactivos y soluciones:

- 

                               

•

•

•

• •

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• • • • •

• • •

•

 

Al finalizar el laboratorio se hiso una lista de equipos y materiales utilizados.

Agua destilada. 5 clavos pequeños de acero. Hexacianoferrat Hexacianoferrato o de potasio 0,1 M. Sulfato de hierro (ii) 0,1 M. Hidróxido de sodio 0,1 M. Ácido sulfúrico 0,1 M. Cloruro de sodio 0,1 M. Cloruro de sodio 3,5 %. Fenolftaleína. 1 lamina de cobre. 1 lamina de aluminio. 1 lamina de cinc. 1 pequeño papel lija. Tiras de papel filtro. Cloruro de sodio (solución saturada) Cinta de magnesio. Gelatina incolora o agar-agar.

 

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4.

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INDICACIONES DE SEGURIDAD

Usar siempre en cada acción acción los implementos de seguridad son de uso obligatorio” 

”

Análisis de Trabajo Seguro (ATS) N° 1

2

3

4

5

6

TAREAS

RIESGOS IDENTIFICADOS

MEDIDAS DE CONTROL DEL RIESGO

Disposición de materiales

Posible falta de materiales

Hacer un inventario de materiales

En un tubo de ensayo agregue 3 mL de sulfato ferroso 0,1 M. luego

Salpicadura de a los ojos y ruptura

Usar lentes y guantes de seguridad, una correcta manipulación delos

adiciones gota de hexacionatoferrato de potasio.1 Observe lo que sucede Colocar en tres tubos de ensayo ensayo 3 mL de hidróxido de sodio 0,1 M, cloruro de sodio 0,1 M y ácido sulfúrico 0,1 M respectivamente, luego introduzca en cada uno de ellos un clavo. Deje reposar por espacio de unos 10 minutos. Observar detenidamente lo lo que ocurre.  Arme celdas galvánicas: coloque 40 mL de cloruro de sodio al 3,5 %y 5 gotas de fenolftaleína en dos vasos de precipitación. Luego conecte ambos vasos con una tira de papel filtro humedecido con una solución

del material.

equipos.

Salpicadura a los ojos, daño a los materiales.

Usar lentes y guantes de seguridad, una correcta manipulación delos equipos.

Derrame de la solución ruptura del material.

Una correcta manipulación delos equipos mantener una actitud proactiva.

Salpicadura a los ojos o la piel y ruptura del equipo.

Usar lentes y guantes de seguridad, una correcta manipulación delos equipos.

Falta de materiales

Verificación del inventario de los materiales

saturada salino). de nitrato de amonio (puente Localización de las zonas anódicas y catódicas de un metal deformado

Recojo y entrega de materiales.

ADVERTENCIAS : Al momento de hacer los procedimientos usar siempre guantes y lentes ya que se está trabajando con sustancias corrosivas.

 

 

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FUNDAMENTO TEORICO

Corrosión:

Es la transformación indeseable de un material como consecuencia del medio que lo rodea. Se llaman agentes agresivos a aquellos que producen la corrosión, estos pueden ser: la atmósfera, el agua de mar, el aire húmedo, los vapores ácidos, etc. El fenómeno de corrosión se extiende a todos los materiales; pero solamente se tendrá en cuenta la corrosión corrosión metálica. Todos los metales pueden ser usados siempre que su velocidad de deterioro sea aceptablemente baja. De este modo en corrosión se estudia la velocidad con que se deteriora los metales y las formas en que dicha velocidad puede ser controlada.

Corrosión de metales

Se entiende por corrosión la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. La característica fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia de un electrólito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas anódicas y catódicas: una reacción r eacción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se

 

 

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producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal. Los enlaces metálicos tienden a convertirse en enlaces iónicos, los favorece que el material puede en cierto momento transferir y recibir electrones, creando zonas catódicas y zonas anódicas en su estructura. La velocidad a que un material se corroe es lenta y continua todo dependiendo del ambiente donde se encuentre, a medida que pasa el tiempo se va creando una capa fina de material en la superficie, que van formándose inicialmente como manchas hasta que llegan a aparecer imperfecciones en la superficie del metal. Este mecanismo que es analizado desde un punto de vista termodinámico electroquímico, indica que el metal tiende a retornar al estado primitivo o de mínima energía, siendo la corrosión por lo tanto la causante de grandes perjuicios económicos en instalaciones enterradas. Por esta razón, es necesaria la oportuna utilización de la técnica de protección catódica. Se designa químicamente corrosión por suelos, a los procesos de degradación que son observados en estructuras enterradas. La intensidad dependerá de varios factores tales como el contenido de humedad, composición química, pH del suelo, etc. En la práctica suele utilizarse comúnmente el valor de la resistividad eléctrica del suelo como índice de su agresividad; por ejemplo un terreno muy agresivo, caracterizado por presencia de iones tales como cloruros, tendrá resistividades bajas, por la alta facilidad de transportación iónica. La protección catódica es un método electroquímico cada vez más utilizado hoy en día, el cual aprovecha el mismo principio electroquímico de la corrosión, transportando un gran cátodo a una estructura metálica, ya sea que se encuentre enterrada o sumergida. Para este fin será necesaria la utilización de fuentes de energía externa mediante el empleo de ánodos galvánicos, que difunden la corriente suministrada por un transformador-rectificador de corriente. El mecanismo, consecuentemente implicará una migración de electrones hacia el metal a proteger, los mismos que viajarán desde ánodos externos que estarán ubicados en sitios plenamente identificados, cumpliendo así su función. A está protección se debe agregar la ofrecida por los revestimientos, como por ejemplo las pinturas, casi la totalidad de los revestimientos utilizados en instalaciones enterradas, aéreas o sumergidas, son pinturas industriales de origen orgánico, pues el diseño mediante ánodo galvánico requiere del cálculo de algunos parámetros, que son importantes para proteger estos materiales, como son: la corriente eléctrica de protección necesaria, la resistividad eléctrica del medio electrólito, la densidad de corriente, el número de ánodos y la resistencia eléctrica que finalmente ejercen influencia en los resultados. Tipos de Corrosión

Se clasifican de acuerdo a la apariencia del metal corroído, dentro de las más comunes están: 









  Corrosión uniforme: Donde la corrosión química o electroquímica actúa uniformemente sobre toda la superficie del metal   Corrosión galvánica: Ocurre cuando metales diferentes se encuentran en contacto, ambos metales poseen potenciales eléctricos diferentes lo cual favorece la aparición de un metal como ánodo y otro como cátodo, a mayor diferencia de potencial el material con mas activo será el ánodo.   Corrosión por picaduras: Aquí se producen hoyos o agujeros por agentes químicos.   Corrosión intergranular: Es la que se encuentra localizada en los límites de grano, esto origina pérdidas en la resistencia que desintegran los bordes de los granos.   Corrosión por esfuerzo: Se refiere a las tensiones internas internas luego de una deformación en frio. Protección contra la corrosión

Dentro de las medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosión están las siguientes:

 

 

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  Uso de materiales de gran pureza.



  Presencia de elementos de adición en aleaciones, ejemplo aceros inoxidables.



  Tratamientos térmicos especiales para homogeneizar soluciones soluciones sólidas, como el alivio de tensiones.



  Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus efectos, ejemplo los anticongelantes usados en radiadores de los automóviles.



  Recubrimiento superficial: pinturas, capas de óxido, recubrimientos metálicos



  Protección catódica.



Protección catódica

La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que está siendo aplicada cada día con mayor éxito en el mundo entero, en que cada día se hacen necesarias nuevas instalaciones de ductos para transportar petróleo, productos terminados, agua; así como para tanques de almacenamientos, cables eléctricos y telefónicos enterrados y otras instalaciones importantes. En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, cobre, plomo, latón, y aluminio, contra la corrosión en todos los suelos y, en casi todos los medios acuosos. De igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por corrosión bajo tensiones por corrosión, corrosión intergranular, picaduras o tanques generalizados. Como condición fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y del elemento de sacrificio o ayuda, deben mantenerse en contacto eléctrico e inmerso en un electrolito.  Aproximadamente la protección catódica presenta sus primeros avances, en el año 1824, en que Sir. Humphrey Davy, recomienda la protección del cobre de las embarcaciones, uniéndolo con hierro o zinc; habiéndose obtenido una apreciable reducción del ataque al cobre, a pesar de que se presentó el problema de ensuciamiento por la proliferación de organismos marinos, habiéndose rechazado el sistema por problemas de navegación.

En 1850 y después de un largo período de estancamiento la marina Canadiense mediante un empleo adecuado de pinturas con anti organismos y anticorrosivos demostró que era factible la protección catódica de embarcaciones con mucha economía en los costos y en el mantenimiento. Fundamento de la protección catódica

Luego de analizadas algunas condiciones especialmente desde el punto de vista electroquímico dando como resultado la realidad física de la corrosión, después de estudiar la existencia y comportamiento de áreas específicas como Ánodo-Cátodo-Electrólito y el mecanismo mismo de movimiento de electrones y iones, llega a ser obvio que si cada fracción del metal expuesto de una tubería o una estructura construida de tal forma de coleccionar corriente, dicha estructura no se corroerá porque sería un cátodo. La protección catódica realiza exactamente lo expuesto forzando la corriente de una fuente externa, sobre toda la superficie de la estructura. Mientras que la cantidad de corriente que fluye, sea ajustada apropiadamente venciendo la corriente de corrosión y, descargándose desde todas las áreas anódicas, existirá un flujo neto de corriente sobre la superficie, llegando a ser toda la superficie un cátodo.

 

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Para que la corriente sea forzada sobre la estructura, es necesario que la diferencia de potencial del sistema aplicado sea mayor que la diferencia de potencial de las micro celdas de corrosión originales. La protección catódica funciona gracias a la descarga de corriente desde una cama de ánodos hacia tierra y dichos materiales están sujetos a corrosión, por lo que es deseable que dichos materiales se desgasten (se corroan)a menores velocidades que los materiales que protegemos.

Polarización catódica.

La protección catódica no elimina la corrosión, éste remueve la corrosión de la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga la corriente. Para su funcionamiento práctico requiere de un electrodo auxiliar (ánodo), una fuente de corriente continua cuyo terminal positivo se conecta al electrodo auxiliar y el terminal negativo a la estructura a proteger, fluyendo la corriente desde el electrodo a través del electrólito llegando a la estructura. Influyen en los detalles de diseño y construcción parámetro de geometría y tamaño de la estructura y de los ánodos, la resistividad del medio electrólito, la fuente de corriente, etc.

6.  PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS

Procedimiento y cuestionario Indicador de hierro (II) Experimento 1 En un tubo de ensayo agregue 3 mL de sulfato ferroso 0,1 M. luego adiciones 1 gota de hexacionatoferrato de potasio. Observe lo que sucede s ucede Fe2+ + K+(ac) + [Fe(CN)6]3- → KFe*Fe(CN)6](s) 1.  Si tuviera que determinar la corrosión del metal en un tanque de agua, ¿qué indicador usaria?, en todo caso en una indicación positiva para el Fe 2+ seria:

Rpta:  hexacionatoferrato de potasio debería usarse para determinar si hay corrosión de hierro, Rpta:  este indicador cambia de coloración al estar en presencia del ion Fe2+ La intensidad del color depende de de la intensidad de iones de hierro que hay en en la solución.

 

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Experimento 2 Corrosión del hierro Coloque en tres tubos de ensayo 3 mL de hidróxido de sodio 0,1 M, cloruro de sodio 0,1 M y ácido sulfúrico 0,1 M respectivamente, luego introduzca en cada uno de ellos un clavo. Deje reposar por espacio de unos 10 minutos mientras observa detenidamente lo que ocurre. Luego determine en tubo de ensayo y con qué sustancia hay indicación positiva de iones Fe 2+. Rpta:   hexacionatoferrato de potasio se torna de color azul en el H2SO4  Rpta: Vierta un poco dela solución que se encuentra en el tubo de ensayo que contie contiene ne el cloruro de sodio y agregue 2 gotas fenolftaleína. Anote sus observaciones. 2.  Llene el siguiente cuadro:

Acidez de los reactivos  NaCl 

7 

NaOH 

13 

H2SO4 

1 

Observaciones durante la reacción  No se observa reacción  No se observa reacción El clavo empieza a burbujear 

Ensayo de Fe  

Aspecto del clavo después de sumergido 

no 

Igual

no 

Casi igual 

si 

Se observa que hubo corrosión, cambio de color

2+

3.  ¿En qué medios (acido, base o neutro) se aprecia corrosión interna? Rpta: en el ácido sulfúrico

4.  ¿En qué medios (acido, base o neutro) no se aprecia corrosión?

Rpta: en el cloruro de sodio

 

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5.  ¿Qué color aparece cuando se agrega la fenolftaleína a la solución del tubo de ensayo que contiene el cloruro de sodio? Explique. Rpta: La fenolftaleína es un indicador de pH, esto hace que según el pH del medio vire de fucsia Rpta: La (pH alcalinos) al transparente (pH ácido)

6.  ¿Cuál es el nombre del gas que se desprende del tubo de ensayo que contiene el clavo inmerso en acido?. ¿Es inflamable o toxico? t oxico?

Rpta: se genera el gas hidrogeno molecular

7.  Con ayuda de la tabla de potenciales estándar de oxidación, escribe la reacción de corrosión en medio acido. Indique lo estados de agregación y el potencial de celda.

H2SO4

(ac)

+

Fe0 (s)  → FeSO4 (ac)

+

H2 (g)

Fe0 → Fe+2 + 2e-  2H+  + 2e- → H2  potencial de celda : 0.00+0.41 = 0.41 V Experimento 3 Ánodo de sacrificio: Arme celdas galvánicas: coloque 40 mL de cloruro de sodio al 3,5 %y 5 gotas de fenolftaleína en dos vasos de precipitación. Luego conecte ambos vasos con una tira de papel filtro humedecido con una solución saturada de nitrato de amonio (puente ( puente salino). En uno de los vasos se sumergirá un clavo de hierro y en el o otro tro una lámina de cobre. Los electrodos se conectaran a un voltímetro por medio de unos alambres provistos de unas pinzas, de tal manera que el electrodo de hierro este siempre conectado al terminal negativo del voltímetro. Anote sus observaciones y el voltaje generado. Repita la experiencia cambiando de lámina de cobre por una de zinc. Cada uno de estos experimentos se realizara por separado eliminándose la solución que contiene el vaso de precipitación cada vez que se cambie de electrodo.

 

 

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8.  Llene el siguiente cuadro: Terminal negativo

Terminal positivo

Ecelda 

Formación de OH-(ac) (¿Ánodo

¿Se produjo un ánodo de

(Ánodo) 

(Cátodo) 

(Voltios) 

o cátodo?) 

sacrificio? 

Fierro 

Cobre 

0.24 V 

cátodo 

No 

Fierro 

Zinc 

-0.53V 

ánodo 

Si 

Fierro 

Aluminio 

-0.24V 

ánodo 

Si 

Fierro 

Magnesio 

-0.13V 

ánodo 

Si 

9.  ¿Cuáles son los metales que usaría us aría como ánodos de sacrificio para el hierro? Explique.

Rpta: zinc, magnesio y aluminio, aluminio, porque sus potenciales estándar son ideales para proteger al hierro hierro   10.  ¿Cuál es el metal que no funciona como ánodo de sacrificio s acrificio para el hierro? ¿Por qué sucede ello? Si quisiera hundir un barco ¿Qué metales elegiría como “falso ánodo”? 

Rpta: el cobre ya que tiene el menor potencial estándar, también como falso ánodo

11.  ¿Cuál es la semi reacción que se produce en la celda que contiene el hierro, cuando se utiliza cobre en la otra celda?

Rpta: Con el tiempo no se podría dar cuenta de la posible reacción del cobre en estado neutro neutro a cobre con carga más 2

 

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12.  ¿Cuál es la semi reacción que se produce en la celda que contiene el hierro cuando se utiliza cobre en la otra celda?

Rpta:

Fe ----- Fe2+ + 2e   

Cu2+ + 2e   --------- Cu  

Experimento 4: Localización de las zonas anódicas y catódicas de un metal deformado 1.  Prepare una disolución de agar-agar utilizando 4 g de agar-agar o gelatina de 100 mL de una solución de cloruro de sodio al 3% en un vaso de 150 mL; ponga a hervir ligeramente con agitación constante. Deje enfriar un poco la disolución. 2.  Cuando la disolución este templada, añada 10 a 12 gotas de una solución de ferrocianuro potásico K3[Fe(CN)6] 0,5 M y unas 10 gotas de fenolftaleína, siempre con agitación. 3.  Prepare dos placas Petri; en la primera coloque un clavo normal y un clavo doblado y en la ultima un clavo recubierto en parte de papel aluminio o cinta de magnesio (hasta la mitad aproximadamente). 4.  Vierte en las placas de disolución preparada anteriormente anteriormente de manera que los clavos y el aluminio quedan completamente cubiertos por la disolución. Deje reposar por varios minutos y observe las placas en fondo blanco. Anote los resultados y haga un gráfico localizando las zonas coloreada. Interprete los resultados. (Un ( Un mejor efecto visual se obtendría si dejáramos reposar las placas toda la noche). Nota: Es importante no mover las placas Petri una vez colocados los clavos.

Análisis: El fin de esta cuarta experiencia es evaluar la corrosión corrosión por picaduras picaduras del hierro hierro en un medio orgánico

¿Qué sucede en la primera placa con los dos clavos? Se genera un coloide, un gel que se torna de color azul en la parte del codo del clavo esto hace ver que los metales que sufrieron una tensión por una fuerza externa serán más fáciles de corroerse.  corroerse.  ¿En cuál placa se aprecia la presencia de OH-(ac)? ¿Cómo lo dedujo?

 

 

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En la placa Petri donde se encuentran los dos clavos, lo dedujimos por el aspecto que tenía y también por el color que se iba generando. El magnesio ¿es un buen ánodo de sacrificio para el cobre? Si el magnesio es un buen ánodo de sacrificio para el cobre ya que su potencial estándar es ideal para la protección del cobre ¿En cuál placa se aprecia la presencia de Fe2+(ac)? En la placa Petri donde se encuentran encuentran los dos clavos ya que se puede observar observar que las partes picadas y la parte que fue doblada del del clavo se tornan de color azul

7.  GESTIÓN DE PRODUCTO PRODUCTOSS pel igroso si cumple con una o más d de e las   Un residuo se puede catalogar como peligroso



siguientes características: corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad, o inflamabilidad. También se considera como una característica de peligrosidad la radiactividad; los productos que quedan terminado este laboratorio 8 de corrosión de metales, todos los productos fueron echados por el fregadero. 

Puntos que se deben de tener en cuenta en la gestión de productos:

  La gestión de residuos peligrosos debe priorizar priorizar la  la minimización de la generación



y su reaprovechamiento, pero a pesar de las opciones indicadas, siempre se generarán residuos que deben ser dispuestos en rellenos de seguridad.

  El tratamiento de los residuos primarios puede ser utilizado para el



reaprovechamiento de los mismos; es decir, para su reutilización, recuperación o reciclado, actividad que también genera residuos.

  Los residuos primarios y secundarios que van a ser depositados en un relleno



especial o un depósito de seguridad, también pueden requerir tratamientos, los cuales pueden ser físicos, químicos, biológicos y térmicos.

  Los residuos resultantes de los diversos tratamientos deben ser depositados en



lugares especialmente diseñados y localizados, a los que se les denomina den omina depósitos de seguridad o rellenos especiales, donde se garantice su control para evitar daños a la salud de la población y de los componentes de los ecosistemas.  

  Desechar los productos sólo cuando haya finalizado su vida útil, Es común “tirar”



los productos antes de perder totalmente su utilidad, aumentando consecuentemente la producción de residuos.

8.  CONCLUSIONES

  En conclusión el mejor indicador indicador de Fe2+ es el exacianoferrato de potasio.  potasio. 



 

 

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  la corrosión del hierro en diferentes medios es inevitable para esto ssee debe utilizar un ánodo



de sacrificio o un revestimiento a la superficie del hierro.  hierro. 

  Cuando se da la corrosión de un metal metal siempre hay un elemento elemento que se oxida mientras que



otro se reduce, ecuaciones químicas de corrosión.  corrosión. 

  Para elegir el mejor ánodo de sacrificio de un metal es buscar un metal que tenga el potencial



estándar adecuado para su protección.  protección.  

  Se entiende por ánodo de sacrifico sacrifico al metal que se va a oxidar, en otra palabras que se va a



sacrificar por el metal que se quiere proteger.  proteger. 

  En esta experiencia se logró experimentar con el indicador de



Fe +2 

  Se experimentó la corrosión con el hierro con bastante intensidad en el medio



ácido, en este medio se corroen fácilmente una superficie de cualquier herramienta, equipo u objetos.

  Se aprendió plantear ecuaciones químicas de acuerdo a las condiciones dadas, por



lo cual se realizó combinaciones de diferentes compuestos.

  Los materiales metálicos son aquellos que pueden oxidarse y reducirse.



  En esta experiencia, pudimos ver que el zinc, es el mejor material para el ánodo de



sacrificio, según las mediciones realizadas.

  Se tuvo éxito en construir, armar el circuito de las celdas galvánicas, y ver el



funcionamiento de ellas  ellas 

 

 

9. 

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Observaciones:   

Es importante seguir las indicaciones de la profesora y de guía para el mejor desempeño para la experiencia.

 

Es necesario y esencial y trabajar los equipos de protección (EPP), para evitar accidentes fortuitos.

 

El producto obtenido en la primera experiencia se eliminó de manera directa al desagüe ya que este no es perjudicial para el medio ambiente.

10. BIBLIOGRAFÍA

JUAN JOSE NUÑEZ OROSCO, PROFESOR DE QUÍMICA. (Corrosión) ( Corrosión) http://quimicayalgomas.com.ar/quimica-general/corrosion____

29/06/13_  29/06/13_ 

MARTIN HIDALGO ROSALES, UNIVERSIDAD DE VALENCIA. (Corrosión) http://www.uv.es/gammmm/corrosion del hierro/.htM_____

29/06/13

YAHOO RESPUESTAS. (Corrosión) http://mx.answers.yahoo.com/corrosion/index?qid=20081010111416AAN7lxd_____29/06/13   http://mx.answers.yahoo.com/corrosion/index?qid=20081010111416AAN7lxd_____29/06/13

 

 

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RAYMOND RAYM OND CHANG QUÍMICO, QUÍMICO, PROFESOR DE QUÍMI QUÍMICA. CA. QUÍMICA GENER GENERAL AL SÉPTIMA EDICIÓN (corrosión)