Ciencias III (Qumica)

Rodrigo Arcos Viveros 3 I

ESCUELA SECUNDARIA GENERAL No. 5

MANUEL R. GUTIERREZ

CIENCIAS III (QUMICA)

LA CORROSIN

RODRIGO ARCOS VIVEROS

3I

XALAPA, VER 28 DE ABRIL 2015

LA CORROSIN

QU ES LA CORROSIN?

La corrosin se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroqumico por su entorno. De manera ms general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma ms estable o de menor energa interna. Siempre que la corrosin est originada por una reaccin electroqumica (oxidacin), la velocidad a la que tiene lugar depender en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestin. Otros materiales no metlicos tambin sufren corrosin mediante otros mecanismos. El proceso de corrosin es natural y espontneo.

La corrosin es una reaccin qumica (oxidorreduccin) en la que intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reaccin electroqumica.

Los factores ms conocidos son las alteraciones qumicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formacin de ptina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latn).

Sin embargo, la corrosin es un fenmeno mucho ms amplio que afecta a todos los materiales (metales, cermicas, polmeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmsfera, alta temperatura, etc.)

Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, adems, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelven cinco toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanmetros o picmetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.

La corrosin es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de qumica y de fsica (fsicoqumica

DNDE SE LLEVA ACABO LA CORRISIN?

Para el caso del fierro y del Acero, que son los materiales de construccin mas comunes, el proceso de corrosin considera la formacin de pequeas pilas galvnicas en toda la superficie expuesta, presentndose un flujo de electrones de las zonas andicas donde se disuelve el fierro hacia las zonas catdicas donde se desprende hidrogeno o se forman iones hidroxilo (lcali); para cerrar el circuito elctrico se requiere la presencia de un electrolito proporcionado por el medio. El siguiente diagrama muestra esta situacin.

Las zonas andicas y catdicas son ocasionadas por diferencias en la estructura cristalina, restos de escoria y oxido en general, as como a diferencias de composicin en la superficie de los Aceros comerciales. De acuerdo con la figura anterior, adems de los procesos en el metal tienen un papel preponderante la cantidad de oxigeno presente y la conductividad elctrica del medio.

Materiales corrosivos

cidos Alcalinos

cido ntrico

Hidrxido de sodio

cido sulfrico

Hidrxido de potasio

cido fluorhdrico

Hidrxido de amonio

cido actico

Hidrxido de calcio

cido bromhdrico

Hidrxido de litio

ELEMENTOS NECESARIOS PARA QUE SE LLEVE ACABO LA CORROSIN

Lo que provoca la corrosin es un flujo elctrico masivo generado por las diferencias qumicas entre las piezas implicadas. (la corrosin es un fenmeno electroqumico) Una corriente de electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un punto y otro. Cuando desde una especie qumica se ceden y migran electrones hacia otra especie, se dice que la especie que los emite se comporta como un nodo y se verifica la oxidacin, y aquella que los recibe se comporta como un ctodo y en ella se verifica la reduccin.

Para que esto ocurra entre las especies, debe existir un diferencial electroqumico. Si separamos una especie y su semireaccin, se le denominar semipar electroqumico; si juntamos ambos semipares, se formar un par electroqumico. Cada semipar est asociado a un potencial de reduccin (antiguamente se manejaba el concepto de potencial de oxidacin). Aquel metal o especie qumica que exhiba un potencial de reduccin ms positivo proceder como una reduccin y, viceversa, aqul que exhiba un potencial de reduccin ms negativo proceder como una oxidacin.

Para que haya corrosin electroqumica, adems del nodo y el ctodo, debe haber un electrlito (por esta razn, tambin se suele llamar corrosin hmeda, aunque el electrlito tambin puede ser slido). La transmisin de cargas elctricas es por electrones del nodo al ctodo (por medio del metal) y por iones en el electrlito.

Este par de metales constituye la llamada pila galvnica, en donde la especie que se oxida (nodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (ctodo) acepta electrones. Al formarse la pila galvnica, el ctodo se polariza negativamente, mientras el nodo se polariza positivamente.

En un medio acuoso, la oxidacin del medio se verifica mediante un electrodo especial, llamado electrodo ORP, que mide en milivoltios la conductancia del medio. La corrosin metlica qumica es por ataque directo del medio agresivo al metal, oxidndolo, y el intercambio de electrones se produce sin necesidad de la formacin del par galvnico.

La manera de corrosin de los metales es un fenmeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinmica de la mayora de los metales. En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteortico), los metales estn presentes en la Tierra en forma de xidos, en los minerales (como la bauxita si es aluminio o la hematita si es hierro). Desde la prehistoria, toda la metalurgia ha consistido en reducir los xidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal. La corrosin, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el xido.

A menudo se habla del acero inoxidable:

Este tipo de acero contiene elementos de aleacin (cromo) en 11 % como mnimo lo cual le permite ser inoxidable al estar expuesto al oxgeno, adems de ser un estabilizador de la ferrita.

El cromo hace que se contraiga la regin de la austenita y en su lugar la bregin de la ferrita disminuye su tamao.

Existen mltiples variedades de aceros llamados "inoxidables", que llevan nombres como "304", "304L", "316N", etc., correspondientes a distintas composiciones y tratamientos. Cada acero corresponde a ciertos tipos de ambiente; Acero inoxidable ferrtico, martenstico, austenticos, endurecidos por precipitacin (PH) y dplex.

TIPOS DE CORROSIN

Existen muchos mecanismos por los cuales se verifica la corrosin, que tal como se ha explicado anteriormente es fundamentalmente un proceso electroqumico.

Corrosin qumica

En la corrosin qumica un material se disuelve en un medio corrosivo lquido y este se seguir disolviendo hasta que se consuma totalmente o se sature el lquido y dems para todos.

Las aleaciones base cobre desarrollan una barniz verde a causa de la formacin de carbonato e hidrxidos de cobre, esta es la razn por la cual la Estatua de la Libertad se ve con ese color verduzco.

Ataque por metal lquido

Los metales lquidos atacan a los slidos en sus puntos ms altos de energa como los lmites de granos lo cual a la larga generar varias grietas.

Lixiviacin selectiva

Consiste en separar slidos de una aleacin. La corrosin graftica del hierro fundido gris ocurre cuando el hierro se diluye selectivamente en agua o la tierra y desprende cascarillas de grafito y un producto de la corrosin, lo cual causa fugas o fallas en la tubera.

Disolucin y oxidacin de los materiales cermicos

Pueden ser disueltos los materiales cermicos refractarios que se utilizan para contener el metal fundido durante la fusin y el refinado por las escorias provocadas sobre la superficie del metal.

Ataque qumico a los polmeros

Los plsticos son considerados resistentes a la corrosin, por ejemplo el tefln y el vitn son algunos de los materiales ms resistentes, estos resisten muchos cidos, bases y lquidos orgnicos pero existen algunos solventes agresivos a los termoplsticos, es decir las molculas del solvente ms pequeas separan las cadenas de los plsticos provocando hinchazn que ocasiona grietas.

Tipos de corrosin electroqumica

Celdas de composicin

Se presentan cuando dos metales o aleaciones, tal es el caso de cobre y hierro forma una celda electroltica. Con el efecto de polarizacin de los elementos aleados y las concentraciones del electrolito las series fem quiz no nos digan que regin se corroer y cual quedara protegida.

Celdas de esfuerzo

La corrosin por esfuerzo se presenta por accin galvaniza pero puede suceder por la filtracin de impurezas en el extremo de una grieta existente. La falla se presenta como resultado de la corrosin y de un esfuerzo aplicado, a mayores esfuerzos el tiempo necesario para la falla se reduce.

Corrosin por oxgeno

Este tipo de corrosin ocurre generalmente en superficies expuestas al oxgeno diatmico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presin elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosin en las mquinas trmicas (calderas de vapor) representa una constante prdida de rendimiento y vida til de la instalacin.

Corrosin microbiolgica

Es uno de los tipos de corrosin electroqumica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosin en las superficies metlicas sumergidas. La biodiversidad que est presente en ste tipo de corrosin ser:

Bacterias.

Algas.

Hongos.

Se han identificado algunas especies hidrgeno-dependientes que usan el hidrgeno disuelto del agua en sus procesos metablicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su accin est asociada al pitting (picado) del oxgeno o la presencia de cido sulfhdrico en el medio. En este caso se clasifican las ferrobacterias. Es indispensable que el medio tenga presencia de agua. Las bacterias pueden vivir en un rango de pH de 0 a 10, dicho rango no implica que en un pH de 11 no pueda existir bacteria alguna.

Corrosin por presiones parciales de oxgeno

El oxgeno presente en una tubera por ejemplo, est expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es ms aireada que otra prxima a ella y se forma una pila. El rea sujeta a menor aireacin (menor presin parcial) acta como nodo y la que tiene mayor presencia de oxgeno (mayor presin) acta como un ctodo y se establece la migracin de electrones, formndose xido en una y reducindose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosin es comn en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxgeno.

Corrosin galvnica

Es la ms comn de todas y se establece cuando dos metales distintos entre s actan como nodo uno de ellos y el otro como ctodo. Aquel que tenga el potencial de reduccin ms negativo proceder como una oxidacin y viceversa aquel metal o especie qumica que exhiba un potencial de reduccin ms positivo proceder como una reduccin. Este par de metales constituye la llamada pila galvnica. En donde la especie que se oxida (nodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (ctodo) acepta los electrones.

Corrosin por heterogeneidad del material

Se produce en aleaciones metlicas, por imperfecciones en la aleacin.

Corrosin por aireacin superficial

Tambin llamado Efecto Evans. Se produce en superficies planas, en sitios hmedos y con suciedad. El depsito de suciedad provoca en presencia de humedad la existencia de un entorno ms electronegativamente cargado.

EFECTOS AMBIENTALES Y ECONMICOS QUE SUCEDEN POR LA CORROSIN

1.- Causa prdidas econmicas muy grandes a nivel mundial, solo en estados Unidos de Norteamrica, la corrosin metlica causa prdidas de 70 000 millones de dlares, igualmente en otros pases. Que aunque no son tan industrializados algunos si causan una gran prdida econmica. Se estima que ms del 20% del hierro producido anualmente se utiliza anualmente para remplazar artculos de hierro. Que cuando el proceso de la corrosin no se inhibe en alguna forma este es muy destructivo.

2.-Causa una gran contaminacin ambiental en el medio ambiente, en los mares, ros, en los suelos, si no se evita cuando menos reciclando todos los productos metlicos oxidables o desechados

MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EVITAR LA CORROSIN

Diseo

El diseo de las estructuras puede parecer de poca importancia, pero puede ser implementado para aislar las superficies del medio ambiente.

Los recubrimientos

Estos son usados para aislar las regiones andicas y catdicas e impiden la difusin del oxgeno o del vapor de agua, los cuales son una gran fuente que inicia la corrosin o la oxidacin. La oxidacin se da en lugares hmedos pero hay mtodos para que el metal no se oxide, por ejemplo: la capa de pintura.

Eleccin del material

La primera idea es escoger todo un material que no se corroa en el ambiente considerado. Se pueden utilizar aceros inoxidables, aluminios, cermicas, polmeros (plsticos), FRP, etc. La eleccin tambin debe tomar en cuenta las restricciones de la aplicacin (masa de la pieza, resistencia a la deformacin, al calor, capacidad de conducir la electricidad, etc.).

Cabe recordar que no existen materiales absolutamente inoxidables; hasta el aluminio se puede corroer.

En la concepcin, hay que evitar las zonas de confinamiento, los contactos entre materiales diferentes y las heterogeneidades en general.

Hay que prever tambin la importancia de la corrosin y el tiempo en el que habr que cambiar la pieza (mantenimiento preventivo).

Dominio del ambiente

Cuando se trabaja en ambiente cerrado (por ejemplo, un circuito cerrado de agua), se pueden dominar los parmetros que influyen en la corrosin; composicin qumica (particularmente la acidez), temperatura, presin... Se puede agregar productos llamados "inhibidores de corrosin". Un inhibidor de corrosin es una sustancia que, aadida a un determinado medio, reduce de manera significativa la velocidad de corrosin. Las sustancias utilizadas dependen tanto del metal a proteger como del medio, y un inhibidor que funciona bien en un determinado sistema puede incluso acelerar la corrosin en otro sistema.

Inhibidores de la corrosin

Es el traslado de los productos fsicos que se agrega a una solucin electroltica hacia la superficie del nodo o del ctodo lo cual produce polarizacin.

Los inhibidores de corrosin, son productos que actan ya sea formando pelculas sobre la superficie metlica, tales como los molibdatos, fosfatos o etanolaminas, o bien entregando sus electrones al medio. Por lo general los inhibidores de este tipo son azoles modificados que actan sinrgicamente con otros inhibidores tales como nitritos, fosfatos y silicatos. La qumica de los inhibidores no est del todo desarrollada an. Su uso es en el campo de los sistemas de enfriamiento o disipadores de calor tales como los radiadores, torres de enfriamiento, calderas y "chillers". El uso de las etanolaminas es tpico en los algunos combustibles para proteger los sistemas de contencin (como tuberas y tanques). Se han realizado muchos trabajos acerca de inhibidores de corrosin como alternativas viables para reducir la velocidad de la corrosin en la industria. Extensos estudios sobre IC y sobre factores que gobiernan su eficiencia se han realizado durante los ltimos 20 aos. Los cuales van desde los ms simples que fueron a prueba y error y hasta los ms modernos los cuales proponen la seleccin del inhibidor por medio de clculos tericos.

Mtodos preventivos de proteccin

Antes de dar una proteccin hay que preparar la superficie del metal, limpindola de materiales ajenos (limpieza y desengrasado). Tambin el agregado de sustancias que eviten el paso del oxgeno, agua, etc.; por ejemplo la pintura impide el paso de la corrosin.