Unidad 4 Catalisis

INSTITUTO TECNOLOGICO NACIONAL DE

MEXICO INSTITUTO TECNOL TECNOLOGICO OGICO DE D E MINATITLAN MINATITLAN

FISICOQUIMICA II

Unidad IV IV:: Unidad V: “CATALISIS” “ELECTROQUIMICA”

Maestra: •

Ing. SANCHEZ RAMOS RA MOS FREDI ANTONIO

•

De Los Santos Trinidad Javier 

 Autor:

Horario: Lunes a iernes de !:"" a #:""

%$01 de diciembre del 2016

1

INDICE &NIDAD #: CAT'LISIS

•

Introdu((i)n***************************..! Introdu((i)n********************* ******..! TEMA +: Con(e$tos ,-si(os********** ,-si(os******************** **********.# .# TEMA : Ti$os de d e (ata/i0adores********* (a ta/i0adores*******************1 **********1 TEMA !: Me(anis% nis%os os genera/es de /as rea(( a((iones nes (ata/2 a/2ti(as

•

3eterog4neas. ********************* **************************..5 *****..5 TEMA #: Deter%ina(i)n Deter%ina(i)n de /as e(ua(iones de ve/o(idad ve/o(idad en /as rea((iones

• • •

• •

(ata/2ti(as 3eterog4neas. ******************** *********************.+" *.+" Con(/usi)n******************** Con(/usi)n********** *****************..+1 *******..+1 ,i6/iogra72a***************** ,i6/iogra72a******* ********************. **********..+1 .+1

&NIDAD 1: ELECTRO8&9MICA • • • • • • •

Introdu((i)n***************************+ Introdu((i)n********************* ******+ TEMA +: Con(e$tos ,-si(os********** ,-si(os*******************.. *********...+; .+; TEMA : uida esta /ti%a es /a %-s 7re(uente = en e//as e/ (ata/i0ador se en(uentra dis$erso uni7or%e%ente. La catá#isis en$imática@ >ue o(urre en /as rea((iones 6io>u2%i(as@ es un (aso es$e(ia/ de /a (at-/isis 3o%og4nea. La catá#isis &ete%o'(nea@ /a %-s i%$ortante desde e/ $unto de vista industria/@ tiene /ugar en siste%as de rea((i)n $o/i7-si(os@ donde /a rea((i)n se $rodu(e en /a inter7a(e. Nor%a/%ente e/ (ata/i0ador es s)/ido = /os rea(tivos gases@ va$ores o /2>uidos. La (at-/isis 3eterog4nea es de vita/ i%$ortan(ia $ara /a e(ono%2a de/ %undo@ /o >ue nos $er%ite (onvertir /as %aterias $ri%as en $rodu(tos >u2%i(os va/iosos = en (o%6usti6/es de %anera e(on)%i(a@ e7i(iente = 6enigna $ara e/ %edio a%6iente. u2%i(a@ a/i%enti(ia@ 7ar%a(4uti(a@ auto%)vi/ = /as 5

industrias $etro>u2%i(as@ se (a/(u/a >ue e/ " de todos /os $ro(esos >u2%i(os usan (ata/i0adores 3eterog4neos. La (at-/isis 3eterog4nea es ta%6i4n en(ontrar  nuevas a$/i(a(iones en -reas e%ergentes (o%o (4/u/as (o%6usti6/e@ /a >u2%i(a verde@ /a nanote(no/og2a@ = ,iore7ina(i)nP6iote(no/og2a. De 3e(3o@ /a (ontinua investiga(i)n en (at-/isis 3eterog4nea est- o6/igada a $er%itirnos 3a(er/e 7rente (ada ve0 %-s a/ (o%$/eo %edio a%6iente = desa72os energ4ti(os >ue en7renta nuestra so(iedad industria/i0ada. Nosotros (o%o ingenieros >u2%i(os de6e%os tener (uando >ue e/ (ono(i%iento de /a (at-/isis = %-s es$e(27i(a%ente /a (at-/isis 3eterog4nea (onstitu=e uno de /os $i/ares $ara $oder dese%$eGarnos en /o >ue so%os o sere%os. De 3e(3o@ e/ Do(torado de Nanote(no/og2a es un $aso ade/ante en /a ingenier2a >u2%i(a = si >uere%os dese%$eGar/a de6e%os (o%$render %u= 6ien /a (at-/isis 3eterog4nea. Dis(utir /os $rin(i$ios de /a (at-/isis 3eterog4nea es di72(i/ $or>ue /os (ata/i0adores se uti/i0an $ara una a%$/ia ga%a de a$/i(a(iones@ (on /a $arti(i$a(i)n de una ri(a variedad de >u2%i(as en /a su$er7i(ie. ue re>uiere de /a (oo$era(i)n entre /os >u2%i(os = 72si(os@ entre /os (ient27i(os de /a su$er7i(ie e ingenieros de rea((i)n@

entre /os te)ri(os

=

e?$eri%enta/istas@

entre

es$e(tros(o$istas = (in4ti(os@ = entre /os (ient27i(os de /os %ateria/es invo/u(rados (on /a s2ntesis = (ara(teri0a(i)n de/ (ata/i0ador.

TEMA ): Mecanismos 'ene%a#es "e #as %eacciones cata#ticas &ete%o'(neas*



Se deno%ina (at-/isis a/ 7en)%eno >ue trans(urre (uando en /a (o%$osi(i)n de/ (o%$/eo a(tivado de a/guna de /as eta$as en >ue se //eva a (a6o /a rea((i)n $arti(i$a una sustan(ia >ue no to%a $arte este>uio%4tri(a de/ $ro(eso tota/@ $ero >ue (a%6ia /as $ro$iedades (in4ti(as de/ siste%a rea((ionante. Este (o%$uesto se deno%ina (ata/i0ador. En (at-/isis 3eterog4nea@ e/ (ata/i0ador tiene un estado de agrega(i)n di7erente a /a de /os rea(tivos = $rodu(tos. Qenera/%ente@ e/ (ata/i0ador es s)/ido@ /os rea(tivos = $rodu(tos est-n en una o %-s 7ases 7/uidas gas o /2>uida = /a rea((i)n (ata/2ti(a se //eva a (a6o so6re /a su$er7i(ie de/ s)/ido. O sea@ e/ (ata/i0ador $rovee un (a%ino a/ternativo $ara /a rea((i)n@ no $resente en su ausen(ia. &n %e(anis%o (ata/2ti(o es una se(uen(ia de eta$as e/e%enta/es (errada. La $ri%era eta$a (onvierte un sitio a(tivo en un inter%ediario su$er7i(ia/@ %ientras >ue en /a /ti%a eta$a son regenerados /os sitios a(tivos (onserva(i)n de/ (ata/i0ador. E/ (i(/o se re$ite (onstante%ente = $or /o tanto un gran n%ero de %o/4(u/as de $rodu(to se generan en un so/o (entro a(tivo. &n $ostu/ado genera/ en (at-/isis 3eterog4nea es >ue $or /o %enos uno de /os rea(tivos de6e ser adsor6ido $or e/ (ata/i0ador. ue nos $er%ite (on(/uir >ue ninguna rea((i)n (ata/2ti(a $uede ser  e/e%enta/. &na rea((i)n e/e%enta/ es a>ue//a >ue se //eva a (a6o en un ni(o e irredu(i6/e a(to a es(a/a %o/e(u/ar@ ta/ (o%o est- es(rita en /a e(ua(i)n este>uio%4tri(a de /a %is%a. &na rea((i)n es irredu(i6/e (uando no e?isten inter%ediarios entre rea(tivos = $rodu(tos de /a rea((i)n.

!

Es>ue%a de/ %ode/o $ara (ata/i0ador $oroso sin /as eta$as de trans$orte de energ2a: +. Trans$orte de rea(tivos desde e/ seno de /a 7ase 7/uida 3asta /a su$er7i(ie e?terna de/ (ata/i0ador  . Di7usi)n de /os rea(tivos $or /os $oros de/ (ata/i0ador  !. Adsor(i)n 7ia(i)n de %o/4(u/as de un 7/uido a /a su$er7i(ie de un s)/ido de /os rea(tivos so6re /os $untos a(tivos de /a su$er7i(ie (ata/2ti(a #. Rea((i)n >u2%i(a su$er7i(ia/ en e/ (ata/i0ador  1. Desadsor(i)n adsor(i)n inversa de /os $rodu(tos desde /os $untos a(tivos de /a su$er7i(ie (ata/2ti(a . Di7usi)n de /os $rodu(tos $or /os $oros de/ (ata/i0ador  5. Trans$orte de /os $rodu(tos desde /a su$er7i(ie e?terna de/ (ata/i0ador  3asta e/ seno de /a 7ase 7/uida  Eta$as de trans$orte e?terno: + = 5

"

Eta$as

de

rea((i)n

su$er7i(ia/: !@ # = 1 Eta$as

de

di7usi)n

interna:  = 

Cada

eta$a

de/

%e(anis%o se (onsidera e/e%enta/ reversi6/e@ son en serie. La eta$a %-s /enta ser- /a eta$a (ontro/ante >ue no estar- en e>ui/i6rio@ e/ resto de /as eta$as se (onsideran en e>ui/i6rio $or>ue son /o su7i(iente%ente r-$idas. E/ 6a/an(e g/o6a/ de /as rea((iones de/ %e(anis%o da (o%o resu/tado: /a rea((i)n $rin(i$a/ de estudio. La su$er7i(ie de/ (ata/i0ador (ontiene un n%ero deter%inado (onstante de (entros a(tivos. E/ e>ui/i6rio de (ada rea((i)n e/e%enta/ de/ %e(anis%o est- (ara(teri0ado $or /a (onstante de e>ui/i6rio (orres$ondiente:

TEMA 4: Dete%minaci+n "e #as ec,aciones "e -e#oci"a" en #as %eacciones cata#ticas &ete%o'(neas* #

.ELOCIDAD DE REACCIÓN EN LA SU/ER0ICIE DEL CATALIADOR Eta$as su$er7i(ia/es: adsor(i)n@ rea((i)n >u2%i(a = desadsor(i)n: %ode/o de Lang%uirHins3e/ood +#+. Rea((i)n e/e%enta/:

Condi(iones: • • • • •

Toda /a su$er7i(ie de/ (ata/i0ador $osee /a %is%a a(tividad $ara /a adsor(i)n. No 3a= intera((i)n entre /as %o/4(u/as adsor6idas. La adsor(i)n se /i%ita a una (a$a %ono%o/e(u/ar. Toda /a adsor(i)n trans(urre %ediante e/ %is%o %e(anis%o@ en un tie%$o 7inito. E?iste un e>ui/i6rio din-%i(o entre /as ve/o(idades de adsor(i)n = desadsor(i)n. Me(anis%o:

e/o(idad neta de adsor(i)n de A:

1$

e/o(idad neta de adsor(i)n de ,

e/o(idad neta de desadsor(i)n de R:

Eta$a de rea((i)n entre %o/4(u/as de rea(tivos adsor6idos en (entros a(tivos ad=a(entes.

Reacci+n "i%ecta:  ve/o(idad $ro$or(iona/ a 7ra((i)n de (entros ad=a(entes a %o/4(u/as de A o(u$adas $or %o/4(u/as de , $ro$or(iona/ a C PC:

Reacci+n in-e%sa: ve/o(idad $ro$or(iona/ a C = a 7ra((i)n de (entros va(2os ad=a(entes $ro$or(iona/ a C PC:

De7iniendo /a (onstante de e>ui/i6rio de /a rea((i)n:

e/o(idad de rea((i)n su$er7i(ia/ neta:

E(ua(iones (in4ti(as s)/o ti/es si (ontienen $ar-%etros (ono(idos  Ct: $ro$iedad (ara(ter2sti(a de/ (ata/i0ador: e/i%inar (on(entra(iones adsor6idas C A@ C,@ CR@ C. O$(i)n de estado esta(ionario: e(ua(iones (o%$/i(adas. O$(i)n de eta$as (ontro/antes: e(ua(iones si%$/i7i(adas su7i(iente%ente $re(isas.

CONTROL DE LA REACCIÓN 2U3MICA 11

e/o(idades de adsor(i)n = rea((i)n nu/as:

Con(entra(i)n tota/ de (entros a(tivos: Co%6inando estas (uatro /ti%as e(ua(iones se o6tendr-:

Sustitu=endo /os va/ores de CA CB CR = C- en /a e(ua(i)n:

Constante de e>ui/i6rio de /a rea((i)n tota/:

En de7initiva:

E(ua(i)n >ue $uede tener 7or%as %-s si%$/es (uando se $rodu(en (iertas (ondi(iones: •

La adsor(i)n es d46i/ $ara todos /os (o%$onentes:

•

Rea((i)n irreversi6/e = e/ $rodu(to se adsor6e 7uerte%ente %ientras /os rea(tivos /o 3a(en d46i/%ente:

12

•

Rea((i)n irreversi6/e@ no e?iste rea(tivo , = e/ $rodu(to se adsor6e 7uerte%ente e/ rea(tivo A tiene adsor(i)n d46i/:

Rea((i)n irreversi6/e@ no e?iste rea(tivo , = e/ $rodu(to se adsor6e d46i/%ente e/ rea(tivo A tiene adsor(i)n 7uerte:

CONTROL DE LA ADSORCIÓN O LA DESADSORCIÓN e/o(idad de rea((i)n su$er7i(ia/ nu/a:

Eta$a (ontro/ante: adsor(i)n de A@ ta%6i4n nu/as /as ve/o(idades de adsor(i)n de , = de desadsor(i)n de R:

Sustitu=endo = teniendo en (uenta /a (onstante de e>ui/i6rio g/o6a/:

Co%o ta%6i4n:

8ueda 7ina/%ente:

Etapa cont%o#ante: desadsor(i)n de R@ ta%6i4n nu/as /as ve/o(idades de adsor(i)n de A = de ,:

13

Le=es de (in4ti(a o ve/o(idad de (ada una de /as eta$as >u2%i(as:

Conc#,si+n

14

Est- (/aro /a (at-/isis es un %undo %u= (o%$/eo@ es un 7en)%eno %u= i%$ortante en nuestra vida diaria. Su uso $er%ite $rodu(ir %u(3os de /os %ateria/es >ue nos rodean: $/-sti(os. Fi6ras@ a/i%entosB ta%6i4n /a (a/idad de/ aire >ue res$ira%os $uede %odi7i(arse %ediante /a (at-/isis = se est- uti/i0ando $ara %eora%iento de/ %edio a%6iente. E(on)%i(a%ente es %u= i%$ortante $ues es una de /as ra%as %-s i%$ortantes de /a industria >u2%i(a@ en donde i%$orta(iones = e?$orta(iones $rodu(en grandes 6ene7i(ios e(on)%i(os. E?isten %u(3os 7a(tores >ue in7/uen(ian en /a rea((i)n = e/ o6etivo 7ina/ es en(ontrar e/ e>ui/i6rio entre e//os $ara satis7a(er /as (ondi(iones id)neas. Se trata de un (a%$o $ro%etedor.

BIBLIO5RA03A

UNIDAD 6: ELECTRO2U3MICA 15

INTRODUCCIÓN: La e/e(tro>u2%i(a es entendida (o%o /a re/a(i)n entre energ2a >u2%i(a = e/4(tri(a@ o %-s genera/@ /as rea((iones de o?ida(i)n = redu((i)n >ue intervenido en un enor%e gru$o de $ro(esos >ue 3an a(o%$aGado e/ desarro//o de /as so(iedades %odernas en /os /ti%os sig/os. Mu(3os de esos $ro(esos a(tua/%ente se $resentan en dis$ositivos tan (o%unes en nuestras vidas >ue segura%ente ignora%os >ue en su 7un(iona%iento $arti(i$an a(tiva%ente $ro(esos e/e(tro>u2%i(os. Nuestra vida a(tua/ ser2a sin duda %u= di7erente sin estos siste%as. No so/o en e/ %edio a%6iente o /a industria $odre%os en(ontrar ee%$/os de siste%as e/e(tro>u2%i(os. A(tua/%ente /a investiga(i)n en e/ 7un(iona%iento = %eora%iento de /as 6ater2as est- $asando $or un resurgi%iento (on $rodu(tos ta/es (o%o te/47onos (e/u/ares@ (o%$utadoras $ort-ti/es@ uegos e/e(tr)ni(os de %ano = e>ui$o %4di(o $ort-ti/. En este sen(i//o ensa=o sean 3an se/e((ionado a/gunas te%as de inter4s $ara e/ $ro7esiona/ >u2%i(o >ue so%os nosotros@ /as >ue ser-n des(ri$tas en /as distintas unidades = (o%$/e%entadas (on (on(e$tos te)ri(os $ara $er%itir una %a=or  (o%$rensi)n de /as %is%as. Se trata de o7re(er a /os estudiantes de >u2%i(a una $ers$e(tiva rea/ de una $osi6/e /2nea de 7or%a(i)n $ro7esiona/.

TEMA 1: Conceptos Básicos 1

La $ri%era = una de /as %-s i%$ortantes eta$as en /a ingenier2a de /as rea((iones >u2%i(as >ue nos $er%ite e/ diseGo = o$era(i)n de /os rea(tores >u2%i(os@ es (ontar (on /a (a$a(idad de des(ri6ir (uantitativa%ente /a ve/o(idad = e/ (o%$orta%iento de una rea((i)n >u2%i(a. A todo siste%a (ua/>uiera sea su (ara(ter2sti(a $uede estudi-rse/o segn dos estados 7unda%enta/es en >ue $ueden en(ontrarse@ >ue generan sendas dis(i$/inas: /a est-ti(a = /a din-%i(a. Dentro de esta /ti%a se en(uentra inserta /a Din-%i(a de /os ue estudia /a ve/o(idad de %odi7i(a(i)n de /a (o%$osi(i)n de un siste%a de6ido a /os 7en)%enos de trans$orte = a /os de trans7or%a(i)n >u2%i(a rea((i)n >ue se //evan a (a6o en 4/. A /a Din-%i(a de /as Trans7or%a(iones 8u2%i(as se /as deno%ina es$e(27i(a%ente UCin4ti(a 8u2%i(aU >ue no es otra (osa >ue /a deter%ina(i)n de /a ve/o(idad a /a (ua/ se //evan a (a6o /as rea((iones >u2%i(as. La e/e(tro>u2%i(a es a>ue//a >ue estudia /os (a%6ios >u2%i(os >ue $rodu(e una (orriente e/4(tri(a = /a genera(i)n de e/e(tri(idad %ediante rea((iones >u2%i(as.

•

Ce/das e/e(tro/2ti(as: son a>ue//as en /as (ua/es /a energ2a e/4(tri(a >ue $ro(ede de una 7uente e?terna $rovo(a rea((iones >u2%i(as no es$ont-neas generando un $ro(eso deno%inado e/e(tr)/isis. Las (e/das e/e(tro/2ti(as (onstan de un re(i$iente $ara e/ %ateria/ de rea((i)n@ dos e/e(trodos su%ergidos dentro de di(3o %ateria/ = (one(tados a una 7uente de (orriente dire(ta.

•

Ce/das vo/tai(as o ga/v-ni(as: son (e/das e/e(tro>u2%i(as en /as (ua/es /as rea((iones es$ont-neas de )?idoredu((i)n $rodu(en energ2a e/4(tri(a. Las dos %itades de /a rea((i)n de )?ido redu((i)n@ se en(uentran se$aradas@ $or /o >ue /a trans7eren(ia de e/e(trones de6e e7e(tuarse a trav4s de un (ir(uito e?terno.

1!

En todas /as rea((iones e/e(tro>u2%i(as 3a= trans7eren(ia de e/e(trones = $or  tanto@ son rea((iones de )?ido redu((i)n redo?. La e/e(tro>u2%i(a se rige $or /as /e=es de Farada= /as (ua/es $ostu/an: VLa %asa de un $rodu(to o6tenido o de rea(tivo (onsu%ido durante /a rea((i)n en un e/e(trodo@ es $ro$or(iona/ a /a (antidad de (arga (orriente ? tie%$o >ue 3a $asado a trav4s de/ (ir(uito@ es de(ir@ /a %asa de$ositada $or e/e(tr)/isis es dire(ta%ente $ro$or(iona/ a /a (antidad de e/e(tri(idad >ue 3a (ir(u/ado.W. VSi varias (e/das e/e(tro/2ti(as (one(tadas en serie = $rovistas de e/e(trodos inertes son atravesadas $or /a %is%a (antidad de (orriente e/4(tri(a@ /as (antidades de sustan(ia de$ositadas en (ada e/e(trodo son $ro$or(iona/es a /os e>uiva/entesgra%o de /as sustan(ias de$ositadas@ es de(ir@ /as %asas de di7erentes sustan(ias $rodu(idas $or e/ $aso de /a %is%a (antidad de e/e(tri(idad@ son dire(ta%ente $ro$or(iona/es a sus e>uiva/entes gra%osW. &n Farada= es /a (antidad de energ2a >ue (orres$onde a /a $4rdida o ganan(ia =@ $or tanto@ a/ $aso de ."+" ! e/e(trones o una %o/ de e/e(trones. So/u(iones e/e(tro/2ti(as. E?isten teor2as >ue $er%iten e?$/i(ar e/ (o%$orta%iento de /as so/u(iones e/e(tro/2ti(as. &na de estas teor2as es /a de /a Ioni0a(i)n de Arr3enius. Arr3enius $ro$uso en +;;5 /a Teor2a de /a diso(ia(i)n e/e(tro/2ti(a@ /a (ua/ est- 6asada en /a idea de >ue /os e/e(tro/itos se diso(ian en iones a/ $onerse en (onta(to (on e/ agua.

1"

Estos son /os $ostu/ados de di(3a teor2a: a Los e/e(tro/itos a/ diso/verse en e/ agua se diso(ian $ar(ia/%ente en iones@ /os (ua/es son -to%os o radi(a/es (on (arga e/4(tri(a. 6 E/ n%ero de (argas e/4(tri(as trans$ortadas $or (ada i)n es igua/ a su va/en(ia = e/ n%ero tota/ de (argas de /os (ationes es igua/ a/ tota/ de (argas de /os iones@ de a//2 >ue /as so/u(iones e/e(tro/2ti(as sean e/4(tri(a%ente neutras. ( La ioni0a(i)n es un $ro(eso reversi6/e = se esta6/e(e un e>ui/i6rio@ $ro$io de (ada e/e(tro/ito@ entre /as %o/4(u/as no diso(iadas = /os iones. d Los iones de6en ser (onsiderados (o%o es$e(ies >u2%i(as (on sus $ro$iedades (ara(ter2sti(as.

•

O?ida(i)n: Es e/ no%6re >ue re(i6e e/ e/e%ento >ue tiene una $4rdida de

•

e/e(trones durante una rea((i)n >u2%i(a. Redu((i)n: Es e/ no%6re >ue re(i6e e/ e/e%ento >ue tiene una ganan(ia de

•

e/e(trones durante una rea((i)n >u2%i(a. E/e(tro/isis: Este 7en)%eno se da en (e/das e/e(tro>u2%i(as en donde o(urre rea((iones >u2%i(as no es$ontaneas >ue 7avore(en /a 7or%a(i)n de rea(tivos $or e/ su%inistro de (orriente e/4(tri(a.

TEMA !: /%ocesos e#ect%o#ticos 1#

E/e(tro/isis de sa/es 7undidas &na sa/ 7undida es (a$a0 de (ondu(ir /a e/e(tri(idad en virtud de >ue /os iones origina/%ente ordenados en estado s)/ido se se$aran = se des$/a0an /i6re%ente a /o /argo de/ /2>uido. La e/e(tro/isis de sa/es 7undidas es una estrategia $ara o6tener %eta/es a/(a/inos = a/(a/inot4rreos e/ $ro(edi%iento (onsiste en 7undir sa/ = a$/i(ar una (orriente e/4(tri(a. Los $rodu(tos de /a e/e(tro/isis de sa/es 7undidas son $or /o genera/ %eta/es >ue se o6tiene en e/ (-todo de /a (e/da (o%o resu/tado de /a redu((i)n de /os iones. La o6ten(i)n de sodio %et-/i(o@ $or ee%$/o se //eva a (a6o %ediante un dis$ositivo >ue se (ono(e (o%o (e/da de Don@ en e/ >ue se (o/o(a e/ NaC/ 7undido = se so%eten a una (orriente e/4(tri(a. E/e(tro/isis de diso/u(i)n a(uosa &n e/e(tro/ito es una sustan(ia >ue a/ diso/verse en agua 7or%a una diso/u(i)n >ue (ondu(e /a e/e(tri(idad. Los e/e(tro/itos %-s (o%unes son sa/es so/u6/es en agua /as 6ases = /os -(idos. Los e/e(trodos se (/asi7i(an en a(tivos = $asivos: /os e/e(trodos $asivos son a>ue//os (u=a su$er7i(ie no e?$eri%enta $ro(eso de )?ido redu((i)n durante /a e/e(tro/isis %ientras >ue /os e/e(trodos a(tivos son a>ue//os (u=a su$er7i(ie e?$eri%entan una o?ida(i)n o una redu((i)n $or su $arte /os e/e(trodos se (/asi7i(an en inertes = a(tivos. Se (onsideran >ue un e/e(tro/ito es inerte (uando sus iones no e?$eri%entan rea((iones de redu((i)n ni o?ida(i)n durante una e/e(tro/isis.

2$

 A(tivo signi7i(a >ue a %enos uno de sus iones e?$eri%entan a/gn $ro(eso de o?ida(i)n o redu((i)n durante una e/e(tro/isis. La e/e(tro/isis de diso/u(i)n a(uosa es /a e/e(trode$osi(i)n o ga/vano$/-sti(a >ue es un $ro(edi%iento %ediante e/ (ua/ se de$osita un %eta/ so6re /a su$er7i(ie de otro $ara $roteger/o. E/e(tro/isis de/ agua Este $ro(edi%iento se 3a(e $asar una (orriente e/4(tri(a a trav4s de una diso/u(i)n a(uosa de un e/e(tro/ito inerte (u=os iones no e?$eri%enta o?ida(i)n ni redu((i)n a/ o(urrir /a e/e(tro/isis de ta/ 7or%a >ue e/ agua e?$eri%enta tanto una o?ida(i)n (o%o una redu((i)n. C-/(u/os este>uio%4tri(os en $ro(esos e/e(tro/2ti(os. De a(uerdo (on /as o6serva(iones >ue rea/i0o Mi(3ae/ Farada=@ e/ $aso de 1"" (ou/o%6 entre /os e/e(trodos de una (e/da e/e(tro/2ti(a e>uiva/en a/ $aso de + %o/ de e/e(trones >ue $arti(i$a en /a 7or%a(i)n de /os $rodu(tos de o?ida(i)n redu((i)n >ue se 7or%an en (ada uno de /os e/e(trodos de una (e/da e/e(tro/2ti(a es ne(esario (ono(er dos $ar-%etros:

• •

La (antidad de (arga >ue $asa a trav4s de /a (e/da = Las rea((iones de )?idoXredu((i)n >ue se //evan a (a6o en (ada uno de /os e/e(trodos.

La (antidad de (arga 8 se o6tiene a/ %u/ti$/i(ar /a intensidad de (orriente e/4(tri(a >ue $asa a trav4s de /a (e/da $or e/ tie%$o t >ue se a$/i(a di(3a (orriente e/4(tri(a: 8Y Corriente e/4(tri(a tie%$o

21

Es i%$ortante %en(ionar >ue a/ uti/i0ar /a e(ua(i)n anterior@ /a (orriente e/4(tri(a de6e e?$resarse en a%$ares = e/ tie%$o en segundos. As2@ $or ee%$/o@ si a trav4s de una (e/da e/e(tro/2ti(a se 3a(e $asar una (orriente e/4(tri(a de 51"%A durante 1 %inutos@ /a (antidad de (arga 8 se de6er- (a/(u/ar (onsiderando /os va/ores de 51"%A durante 1 %inutos de6e%os e?$resar/os en sus e>uiva/en(ias de a%$ares = segundos@ (o%o se %uestra a (ontinua(i)n: 51"%A ? + A P+""" %A Y".51A 1 %in ? " s P + %in Y+1"" s De esta %anera@ /a (orriente e/4(tri(a es de ".51 a%$ares = e/ tie%$o de +1"" segundos. ue $asa $or /a (e/da se (a/(u/a (on /a e(ua(i)n: 8Y Corriente e/4(tri(a tie%$o Enton(es: 8 Y ".51 a%$ares ? +1"" segundos Y ++1 a%$ares $or segundo. Re(orde%os >ue: + (ou/o%6: a%$ares ? segundo ue (ru0an /a (e/da a$/i(ando /a siguiente e(ua(i)n:

En e/ ee%$/o anterior@ /a (antidad de (arga e/4(tri(a >ue $asa $or /a (e/da es de ++1 (ou/o%6 = $or /o tanto /as %o/es de e/e(trones se (a/(u/an (o%o sigue:

Esto >uiere de(ir >ue /os %o/es de e/e(trones >ue (ir(u/an a trav4s de /a (e/da e>uiva/en a "."++ %o/. A $artir de /os %o/es de e/e(trones Ne@ >ue (ir(u/an $or  /a (e/da@ se (a/(u/a /a (antidad de sustan(ias $rodu(idas en (ada e/e(trodo. u2%i(a >ue o(urre en (ada e/e(trodo. . Considerar >ue /os %o/es de e/e(trones >ue (ir(u/an a trav4s de /a (e/da intervienen en /os $ro(esos de a%6os e/e(trodos.  A/ (ono(er /a rea((i)n >u2%i(a >ue o(urre en (ada e/e(trodo@ tene%os in7or%a(i)n este>uio%etria ti/ >ue nos $er%ite (ono(er /a re/a(i)n entre /os %o/es de sustan(ia $rodu(idos = /os %o/es de e/e(trones >ue $arti(i$an en (ada rea((i)n.  As2@ $or ee%$/o@ en un $ro(eso de e/e(tro/isis de/ agua en e/ -nodo = /a redu((i)n de/ agua en e/ (-todo. La e(ua(i)n >u2%i(a >ue des(ri6e /a o?ida(i)n de/ agua es: O?ida(i)n de/ agua -nodo H "X" #H  #eX  nos indi(a $ara 7or%ar + %o/ de " $arti(i$aran # %o/es de e/e(trones. Esta in7or%a(i)n es /a >ue uti/i0are%os $ara esta6/e(er /a siguiente re/a(i)n este>uio%etria $ara /a o?ida(i)n: # %o/es de e  + %o/ de "  8ue se /ee U# %o/es de eX $arti(i$an en /a 7or%a(i)n de + %o/ de "U. u2%i(a >ue des(ri6e /a redu((i)n de/ agua: Redu((i)n de/ agua (-todo: H" e X H  "H Indi(a >ue a/ 7or%arse + %o/ de H  $arti(i$a  %o/es de e/e(trones. ue /a re/a(i)n este>uio%etria $ara /a redu((i)n es:  %o/es de e X + %o/ de H  8ue de6er- /eerse (o%o U %o/es de e $arti(i$an en /a 7or%a(i)n de + %o/ de HU. Con estas re/a(iones este>uio%etrias = /as %o/es de e/e(trones >ue $asan $or /a (e/da es $osi6/e (a/(u/ar /a (antidad de $rodu(to >ue se 7or%a en (ada e/e(trodo. &n ee%$/o de e/e(tro/isis de agua >ue se rea/i0a (on una (e/da e/e(tro/2ti(a a trav4s de /a (ua/ (ir(u/an "."+ + %o/es de e/e(trones. Las rea((iones (o%o =a sa6e%os son: O?ida(i)n en e/ -nodo H "XX"  #H  #e Redu((i)n en e/ (-todo H eX XXXH  "H 23

 A3ora (a/(u/e%os /a (antidad de o?igeno " >ue de6e 7or%arse. La re/a(i)n este>uio%etria de /a $rodu((i)n de o?2geno es: # %o/es de eX XX + %o/ de " Lo >ue signi7i(a >ue $ara 7or%ar + %o/ de "  se ne(esitan # %o/es de e/e(trones. Co%o en /a (e/da so/o (ir(u/an "."++ %o/es se esta6/e(e /a siguiente reg/a de tres: # %o/es de e XX + %o/ de " "."++ %o/ de e XX ?  se (a/(u/an /as %o/es de o?igeno " :

De esta %anera se $rodu(en "."" %o/es de " . uio%etria en este (aso es:  %o/es de e XX + %o/ de H  Esto nos indi(a >ue $ara 7or%ar un %o/ de H de6er- $arti(i$ar  %o/es de e/e(trones. Co%o en /a (e/da (ir(u/an "."++ %o/es de e/e(trones se esta6/e(e /a siguiente reg/a de tres:  %o/es de eX XX+ %o/ de H "."++ %o/es de e XX ?

24

TEMA ): Co%%osi+n La (orrosi)n es e/ $ro(eso e/e(tro>u2%i(o en e/ (ua/ un %eta/ rea((iona (on su %edio a%6iente $ara 7or%ar )?ido o a/gn otro (o%$uesto. La (e/da >ue (ausa este $ro(eso est- (o%$uesta esen(ia/%ente $or tres (o%$onentes: un -nodo@ un (-todo = un e/e(tro/ito /a so/u(i)n (ondu(tora de e/e(tri(idad. E/ -nodo es e/ /ugar  donde e/ %eta/ es (orro2do: e/ e/e(tro/ito es e/ %edio (orrosivoB = e/ (-todo@ >ue $uede ser $arte de /a %is%a su$er7i(ie %et-/i(a o de otra su$er7i(ie %et-/i(a >ue est4 en (onta(to@ 7or%a e/ otro e/e(trodo en /a (e/da = no es (onsu%ido $or e/ $ro(eso de (orrosi)n. En e/ -nodo e/ %eta/ (orro2do $asa a trav4s de/ e/e(tro/ito (o%o iones (argados $ositiva%ente@ /i6erando e/e(trones >ue $arti(i$an en /a rea((i)n (at)di(a. Es $or e//o >ue /a (orriente de (orrosi)n entre e/ -nodo = e/ (-todo (onsiste en e/e(trones 7/u=endo dentro de/ %eta/ = de iones 7/u=endo dentro de/ e/e(tro/ito. Se re7iere a /a intera((i)n de un %eta/ (on e/ %edio >ue /o rodea@ (a%6iando sus $ro$iedades 72si(as = >u2%i(as. E/ %eta/ se destru=e@ es de(ir@ se o?ida. uier o?ida(i)n >u2%i(a. La rea((i)n es 7avore(ida si se rea/i0a en un %edio a(uoso.

 Aun>ue e/ aire at%os74ri(o es e/ %edio %-s (o%n@ /as so/u(iones a(uosas son /os a%6ientes >ue (on %a=or 7re(uen(ia se aso(ian a /os $ro6/e%as de (orrosi)n. En e/ t4r%ino so/u(i)n a(uosa se in(/u=en aguas natura/es@ sue/os@ 3u%edad at%os74ri(a@ //uvia = so/u(iones (readas $or e/ 3o%6re. De6ido a /a (ondu(tividad i)ni(a de estos %edios@ e/ ata>ue (orrosivo es genera/%ente e/e(tro>u2%i(o.

25

Cara(ter2sti(as: ue o(urra /a rea((i)n de6e e?istir un -nodo = un (-todo@ un e/e%ento %et-/i(o@ un (ondu(tor de e/e(tri(idad. u2%i(o@ $or>ue es un 7/uo de e/e(trones generados $or /as di7eren(ias energ4ti(as de /as es$e(ies invo/u(radas. A %a=or 7/uo de e/e(tri(idad@ %a=or  (antidad de %eta/ >ue se (orroe.

0acto%es 7,e "epen"e #a co%%osi+n

Ti$os de (orrosi)n •

Corrosi)n 6a(teriana

Degrada(i)n de /os %eta/es de6idos a %i(roorganis%os. Ee%$/o: Ferro6a(terias@ (ar6onatoredu(toras. •

Corrosi)n ga/v-ni(a

La (orrosi)n ga/v-ni(a es un $ro(eso e/e(tro>u2%i(o en e/ >ue un %eta/ se (orroe $re7erente%ente (uando est- en (onta(to e/4(tri(o (on un ti$o di7erente de %eta/ %-s no6/e = a%6os %eta/es se en(uentran in%ersos en un e/e(tro/ito o %edio 3%edo. u2%i(a%ente@ es de(ir@ >ue no rea((ionan >u2%i(a%ente o rea((ionan %u= $o(o (on otros (o%$uestos >u2%i(os@ /o >ue /os (onvierte en %eta/es %u= interesantes $ara %u(3os 7ines te(no/)gi(os o $ara o=er2a. Esta $ro$iedad se tradu(e en una es(asa rea(tividad@ o /o >ue es /o %is%o@ son $o(o sus(e$ti6/es de (orroerse = o?idarse@ /o >ue /es $ro$or(iona a$arien(ia de ina/tera6i/idad@ ra0)n $or /a (ua/ se /es deno%ina (on e/ a$e/ativo de no6/es.

•

Corrosi)n $or erosi)n

Su(ede (uando /a (orrosi)n $rovo(a un (a%6io 72si(o a/ %eta/@ $rovo(ado $or e/ %ovi%iento entre e/ %eta/ = e/ 7/uido.

•

Corrosi)n e/e(tro>u2%i(a

Se desarro//a $or /a a((i)n de e/e(tro/2ti(os sustan(ia >ue (ontiene iones (o%$ort-ndose (o%o (ondu(tor e/4(tri(o so6re e/ %eta/. •

Corrosi)n >u2%i(a

En /a (orrosi)n >u2%i(a un %ateria/ >ue se disue/ve en /2>uido (orrosivo = este se seguir- diso/viendo 3asta >ue se (onsu%a tota/%ente o se sature e/ /2>uido@ o 6ien $or /a a((i)n de gases o /2>uidos no e/e(tro/2ti(os. Las a/ea(iones 6ase (o6re desarro//an un 6arni0 verde a (ausa de /a 7or%a(i)n de (ar6onato e 3idr)?idos de (o6re@ esta es /a ra0)n $or /a (ua/ /a Estatua de /a Li6ertad se ve (on ese (o/or  verdu0(o.

2!

TEMA 4: /%otecci+n cat+"ica 8 an+"ica /%otecci+n cat+"ica La $rote((i)n (at)di(a Cu2%i(a. E/ %4todo %-s sen(i//o de a$/i(ar /a C< es %ediante /a (one?i)n de/ %eta/ a $roteger (on otro %eta/ %-s 7-(i/%ente (orrosi6/e a/ a(tuar (o%o -nodo de una (e/da e/e(tro>u2%i(a. Los siste%as de $rote((i)n (at)di(a son /os >ue se usan %-s (o%n%ente $ara $roteger a(ero@ e/ agua o de (o%6usti6/e e/ trans$orte $or tu6er2as = tan>ues de a/%a(ena%iento@ 6ar(os@ o una $/ata7or%a $etro/27era tanto %ar adentro (o%o en tierra 7ir%e. La $rote((i)n (at)di(a 7un(iona gra(ias a /a des(arga de (orriente desde una (a%a de -nodos 3a(ia tierra = di(3os %ateria/es est-n suetos a (orrosi)n@ $or /o >ue es desea6/e >ue di(3os %ateria/es se desgasten se (orroan a %enores ve/o(idad >ue /os %ateria/es >ue $rotege%os. Te)ri(a%ente@ se esta6/e(e >ue e/ %e(anis%o (onsiste en $o/ari0ar e/ (-todo@ //ev-ndo/o %ediante e/ e%$/eo de una (orriente e?terna@ %-s a//- de/ $oten(ia/ de (orrosi)n@ 3asta a/(an0ar $or /o %enos e/ $oten(ia/ de/ -nodo en (ir(uito a6ierto@ ad>uiriendo a%6os e/ %is%o $oten(ia/ e/i%in-ndose /a (orrosi)n de/ sitio.

Áno"o 'a#-ánico Se 7unda%enta en e/ %is%o $rin(i$io de /a (orrosi)n ga/v-ni(a@ en /a >ue un %eta/ %-s a(tivo es an)di(o (on res$e(to a otro %-s no6/e@ (orro=4ndose e/ %eta/ an)di(o. En /a $rote((i)n (at)di(a (on -nodo ga/v-ni(o@ se uti/i0an %eta/es 7uerte%ente an)di(os (one(tados a /a tu6er2a a $roteger@ dando origen a/ sa(ri7i(io de di(3os %eta/es $or (orrosi)n@ des(argando su7i(iente (orriente@ $ara /a $rote((i)n de /a tu6er2a. La di7eren(ia de $oten(ia/ e?istente entre e/ %eta/ an)di(o = /a tu6er2a a $roteger@ es de 6ao va/or $or>ue este siste%a se usa $ara $e>ueGos re>ueri%ientos de (orriente@ $e>ueGas estru(turas = en %edio de 6aa resistividad. 2"

Ca%acte%sticas "e ,n áno"o "e sac%i9icio [De6e tener un $oten(ia/ de diso/u(i)n /o su7i(iente%ente negativo@ $ara $o/ari0ar  /a estru(tura de a(ero %eta/ >ue nor%a/%ente se $rotege a ".; . Sin e%6argo e/ $oten(ia/ no de6e de ser e?(esiva%ente negativo@ =a >ue eso %otivar2a un gasto su$erior@ (on un inne(esario $aso de (orriente. E/ $oten(ia/ $r-(ti(o de diso/u(i)n $uede estar (o%$rendido entre ".1 a +.5 B [Corriente su7i(iente%ente e/evada@ $or unidad de $eso de %ateria/ (onsu%idoB [,uen (o%$orta%iento de $o/ari0a(i)n an)di(a a trav4s de/ tie%$oB

Tipos "e áno"os Considerando >ue e/ 7/uo de (orriente se origina en /a di7eren(ia de $oten(ia/ e?istente entre e/ %eta/ a $roteger = e/ -nodo@ 4ste /ti%o de6er- o(u$ar una $osi(i)n %-s e/evada en /a ta6/a de $oten(ias serie e/e(tro>u2%i(a o serie ga/v-ni(a. Los -nodos ga/v-ni(os >ue (on %a=or 7re(uen(ia se uti/i0an en /a $rote((i)n (at)di(a son: Magnesio@ Zin(@ A/u%inio. •

Magnesio: Los -nodos de Magnesio tienen un a/to $oten(ia/ (on res$e(to a/ 3ierro = est-n /i6res de $asiva(i)n. Est-n diseGados $ara o6tener e/ %-?i%o rendi%iento $osi6/e@ en su 7un(i)n de $rote((i)n (at)di(a. Los -nodos de Magnesio son a$ro$iados $ara o/eodu(tos@ $o0os@ tan>ues de a/%a(ena%iento de agua@ in(/uso $ara (ua/>uier estru(tura >ue re>uiera $rote((i)n (at)di(a te%$ora/. Se uti/i0an en estru(turas %et-/i(as

•

•

enterradas en sue/o de 6aa resistividad 3asta !""" o3%io(%. Zin(: ue. Qra7ito: ue.

entaas = /i%ita(iones de /os 'nodos Qa/v-ni(os entaas:

Li%ita(iones: 3$

F-(i/ de insta/ar

Corriente su%inistrada /i%itada

No se ne(esita de una 7uente

Ine7i(a0 en a%6iente de resistividad e/evada

de (orriente (ontinua ni de un

Costo ini(ia/ a/to

regu/ador de vo/tae

A/to (onsu%o de -nodos $ara estru(turas

No $rovo(a $ro6/e%as de

enterradas %a/ revestidas = Sin revesti%iento en

Inter7eren(ia

agua de %ar.

,ao (osto de %anteni%iento ue (onsiste en re(u6rir un %eta/ (on una 7ina (a$a de )?ido $ara >ue no se (orroa. E?isten %eta/es (o%o e/ a/u%inio >ue a/ (onta(to (on e/ aire son (a$a(es de generar es$ont-nea%ente esta (a$a de )?ido@ = se 3a(en resistentes a /a (orrosi)n. Tiene >ue ser ad3erente = %u= 7ir%e de /o (ontrario no servir- de nada. Mediante /a $rote((i)n an)di(a se (onsigue: Mantener una a/ea(i)n $asiva6/e (on a=uda de un $oten(iostato. So/o es a$/i(a6/e a /a $rote((i)n de a/ea(iones $asiva6/es >ue e?3i6an un a%$/io rango de $asividad. E>ui$a%iento (ostoso = di72(i/ de %antener. Su rango de a$/i(a(i)n es %enor >ue e/ de otros %4todos@ aun>ue en a/gunos (asos es /a ni(a t4(ni(a >ue $uede ser uti/i0ada (on 4?ito. Si 7a//a /a a/ea(i)n se (orroe en /a regi)n a(tiva. Dis$ositivo e?$eri%enta/ ,-si(a%ente un $oten(iostato est- (onstituido $or: Ce/da de tres e/e(trodos (one(tada a un $oten(iostato E/e(trodo de tra6ao@ estru(tura a $roteger. E/e(trodo de re7eren(ia. Contra e/e(trodo o e/e(trodo de re7eren(ia $/atino o gra7ito.

31

 A$/i(a6i/idad Se sue/e uti/i0ar $ara $roteger tan>ues de a/%a(ena%iento de -(idos. En &SA se /i%ita a /a $rote((i)n de a(eros en HSO. No es re(o%enda6/e (uando e/ %edio es HCL o CL $ueden a$are(er 7en)%enos de (orrosi)n /o(a/i0ados durante /a $o/ari0a(i)n an)di(a. Tan>ues de a(eros a/ (ar6ono (on $rote((i)n an)di(a %as e(on)%i(as >ue de a(eros ino?ida6/es sin $rote((i)n. E/e(trodos de re7eren(ia Los uti/i0ados nor%a/%ente en /a6oratorios son:

Se/e((i)n de %ateria/es • •

• •

La se/e((i)n de /os %ateria/es es un 7a(tor de /a (orrosi)n. ue no in(/u=an riesgos. entaas 32

En resu%en esta te(no/og2a $ro$or(iona %u(3as ventaas: • • • • • • • •

uiere tie%$o de (urado o se(ado. E/ (a/or se disi$a r-$ida%ente. Costos de a$/i(a(i)n (o%$etitivos o %u= 6aos. ue e?3i6en $asiva(i)n  A/tos (ostos de insta/a(i)n. La ve/o(idad de (orrosi)n $odr- ser %u= a/ta si e/ siste%a >ueda 7uera de (ontro/ Fa/ta de estudios en e/ -rea de (orrosi)n $or rendias.

Con(/usi)n De esta %anera $ara /a $rote((i)n an)di(a se o6serva 7unda%enta/%ente >ue: Re>uiere de una instru%enta(i)n (o%$/ea = e/ (osto es a/to. ue se (orroa /o >ue 3a generado >ue e/ 3o%6re 6us>ue /a %anera de (ontrarrestar este e7e(to@ =a >ue /o dea in3a6i/itado $ara uti/i0ar/o en nuevas estru(turas@ es $or e//o@ >ue nor%a/%ente $ara evitar este $ro(eso se o(u$en anti(orrosivos@ /os >ue $ueden re(u6rir o a/earse (on e/ %eta/@ $ara esto o(u$a a/gunos %eta/es (o%o 0in(@ n2>ue/ = (ro%o@ (on e/ o6eto de $ro/ongar inde7inida%ente /a dura(i)n de/ %eta/ en e/ %edio@ un (/aro ee%$/o de esto es e/ a(ero ino?ida6/e@ e/ (ua/ est- $resente en /a (onstru((i)n de edi7i(ios = (asas@ utensi/ios de (o(ina@ 3erra%ientas@ et(. Todos /os $ro(esos anteriores tiene en (o%n >ue a$/i(an /as rea((iones de )?idoredu((i)n@ >ue se 3an tradu(ido en diversos ade/antos en -reas (o%o /a (onstru((i)n e industrias@ as2 (o%o ta%6i4n en /a %edi(ina@ /o >ue 3a $er%itido a7rontar nuevas en7er%edades (on e/ uso de /a (orriente e/4(tri(a a $artir de energ2a >u2%i(a@ $ero a/ %is%o tie%$o ta%6i4n se 3a $odido diagnosti(ar  en7er%edades@ (on e/ 7in de $revenir = estar a/erta ante (ua/>uier s2nto%a de/ $a(iente. Qra(ias a (ient27i(os (o%o o/ta@ En(/an(34 = Danie/ /as rea((iones de )?ido redu((i)n se 3an $odido a$/i(ar en di7erentes -%6itos de /a vida de/ ser 3u%ano@ $or ee%$/o /as $i/as = /os a(u%u/adores@ /os (ua/es son e/e%entos (otidianos en nuestra vida@ =a >ue se e%$/ean en arte7a(tos (o%o /internas@ radios@ re/oes@ 6ater2as de %otores@ entre otros. Fina/%ente se (on(/u=e >ue gra(ias a /os a$ortes (ient27i(os = te(no/)gi(os se 3a $er%itido >ue estos avan(es va=an en 6ene7i(io de /a 3u%anidad.

Bi#io'%a9a 34