PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALAPARAÍSO

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

INGENIERIA CIVIL EN METALURGIA EXTRACTIVA

INFORME DE LABORATORIO

“Curvas de Corrosión”

Grupo 11Isabel Contreras

Andrés SaninoAndrés Valencia

Profesor

Sr. Horacio Aros M.

Fecha realización: 8 de noviembre

Fecha de entrega: 22 de noviembre

Introducción

Existen muchas definiciones para corrosión. La más comúnmente aceptada es la siguiente: “Corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o electroquímica con su medio ambiente”

La corrosión causada por los agentes corrosivos: humedad (aire húmedo), agua, rozamiento o fricciones, altas temperaturas, etc.

La corrosión es un proceso electroquímico en el cual un metal reacciona con su medio ambiente para formar óxido o algún otro compuesto. La celda que causa este proceso está compuesta esencialmente por tres componentes: un ánodo, un cátodo y un electrolito (la solución conductora de electricidad). El ánodo es el lugar donde el metal es corroído: el electrolito es el medio corrosivo; y el cátodo, que puede ser parte de la misma superficie metálica o de otra superficie metálica que esté en contacto, forma el otro electrodo en la celda y no es consumido por el proceso de corrosión. En el ánodo el metal corroído pasa a través del electrolito como iones cargados positivamente, liberando electrones que participan en la reacción catódica. Es por ello que la corriente de corrosión entre el ánodo y el cátodo consiste en electrones fluyendo dentro del metal y de iones fluyendo dentro del electrolito. (1)

Cuando se va a recubrir electrolíticamente se puede tener en cuenta el tipo de material (composición física o química cuando menos) antes de ser tratado, ya que no se debe recubrir al azar porque las propiedades diferentes de los materiales exigen tratamientos relativa o totalmente diferentes, claro, si es que deseamos realizar trabajos muy serios y a la larga económicos.

Marco teórico

Las cinéticas de los sistemas en corrosión son muy complejas y no están comprendidas totalmente. Como en cualquier proceso electroquímico, la velocidad de corrosión viene dada por la corriente. Sin embargo, muchas veces nos referimos a la velocidad de corrosión en unidades de masa por unidad de área por unidad de tiempo.

Es fácil la interconversión si se conoce la densidad del material. Ahora vamos a definir el llamado potencial de corrosión. Para hacerlo, debemos darnos cuenta de que la ddp entre los puntos anódico y catódico puede ser virtualmente cero. Así, el voltaje de la celda es cero, pero el metal puede haber adquirido un potencial que se podría medir frente a un electrodo de referencia externo. Este es el potencial que se conoce como potencial de corrosión.

Ilustración 1. Sistema electroquímica.

En cuanto a la corriente de corrosión, estará limitada por el paso más lento de toda la secuencia de etapas que tienen lugar. Las posibilidades son:

- La transferencia electrónica en el ánodo.

- El transporte de especies a través del electrolito.

- La transferencia electrónica en el cátodo.

En el caso de la corrosión, el área disponible es fundamental. Hay que entender que la corriente neta es cero. Pero se define la corriente de corrosión cómo la corriente cuando se alcanza un estado estacionario. (2)

Se define como potencial de circuito abierto aquel potencial que alcanza con el tiempo un material frente a la acción de un electrolito. La ecuación de Nernstpone de manifiesto como la magnitud E (potencial) está influenciada por el coeficiente de actividad iónico(g+n) de un metal y la concentración de éste en la disolución.

La medida del potencial de circuito abierto es uno de los principales parámetros de corrosión y permite conocer el potencial en estado estacionario de la muestra bajo circuito abierto. A través del valor del potencial se conoce la capacidad protectora del recubrimiento sobre el sustrato. El equipo utilizado es un potenciostato/galvanostato conectado a una celda electroquímica.

Las curvas corriente-potencial pueden ser simplificadas mostrando solo la parte lineal, a estos diagramas se les llama de Tafel, por ser el primero que propuso este tipo de simplificación y son diagramas donde se representa el potencial en función del logaritmo de la densidad de corriente neta o total. Estos diagramas pueden ser utilizados para el cálculo de la intensidad de corrosión.

MÉTODO DE TAFEL: Se polariza el electrodo de trabajo, mediante un potenciostato que lleva asociado el software correspondiente, catódicamente (-1000mV) variando el potencial desde un potencial inicial E inicial=E corrosión, hasta E final=E corrosión –1000 mV a una velocidad de barrido de v=2 mV/s; registrando la respuesta en corriente frente al potencial impuesto. Seguidamente se comprueba de nuevo el E reposo para polarizar el electrodo anódicamente es decir, cambiar el potencial desde E i=E corrosión hasta E final=E corrosión + 1000 mV a una velocidad de barrido de v=2 mV/s registrando la respuesta en corriente frente al potencial impuesto. Las medidas obtenidas se grabarán con el fin de elaborar los datos. Se exportará el fichero para obtener un documento en ASCII, y trabajar los datos con ORIGIN u otra herramienta de análisis de datos. En este caso hay que realizar un ajuste lineal de los datos de acuerdo con la aproximación de Tafel según se indicó en el apartado de introducción. (2)

Las reacciones involucradas en este proceso serán las siguientes:

Reducción: Cu+2+2e−¿→Cu

0¿ E°reducción: 0,346 V

Oxidación: Cu→Cu+2+2e−¿¿ E°oxidación: -0,346 V

Materiales

1. Potencioestato2. Ácido sulfúrico3. Sulfato de cobre4. 3 electródos:

- Referencia (Plata)- Counter- Workin

5. Vaso precipitado

Procedimiento

Preparar la solución electrolítica que contenga ácido sulfúrico (50 [g/L]) y sulfato de cobre (40 [g/L]).

Conectar el potenciostato con los electrodos (placa), y sumergirlos completamente en la solución electrolítica.

Activar el potenciostato en modo de circuito abierto, registrar datos Registrar curvas de voltaje versus corriente por método de Tafel,

Resultados y discusiones

Ciclo de potencial abierto

0 50 100 150 200 250 300 350

-150

-148

-146

-144

-142

-140

-138

-136

R² = 0.984826312849905

Series2Linear (Series2)

Tiempo [s]

Pote

ncia

l [m

V]

Grafico 1. Variación de potencial en el tiempo.

El grafico anterior representa la polarización del electrodo de trabajo, mediante un potenciostato que lleva asociado el software correspondiente, en donde se trabajó en un rango entre -2000 [mV] y 2000 [mV].

A partir del gráfico se puede observar que el potencial tiende a seguir un comportamiento lineal a través del tiempo. Por lo tanto podemos interpretar que el electrolito y los electrodos presentan ser estables en el rango que se trabajó. No se perciben cambios bruscos en el gráfico, sólo el ruido al cual estuvo sometido.

Usando el método de Tafel se podrá conocer el potencial en estado

estacionario de la muestra en circuito abierto. A través del valor del potencial se conoce

la capacidad protectora del recubrimiento sobre el sustrato.

11

Cic l ovo l ta m e t r ía

Este proceso ocurre al pasar corriente al sistema, produciendo una variación en el

potencial, lo que permite identificar las zonas de oxidación y reducción. Se debe ingresar

al igual que en el método anterior un tiempo y un periodo, los que indicarán cuanto

tiempo registrará los datos y cada que intervalo de tiempo los registrara.

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Series2

Potencial [mV]

Dens

idad

de

corr

ient

e [m

A/cm

²]

Grafico 2.Variacion de la densidad de corriente con el potencial.

A partir de la gráfica podemos diferencias las zonas de interés, la de oxidación y de reducción.

Entre -2.0 [V] y 0 [V] identificamos la zona de reducción, mientras que entre 0 [V] y 2.0 [V] identificamos la zona de oxidación. Las reacciones que ocurren en ambas zonas están especificadas respectivamente en el marco teórico.

En el electrolito el cobre se encuentra como Cu+2. Cuando se aplica un potencial

negativo éste se va reducir a Cuº depositándose en la placa sobre el grafito (counter). Una

vez que pasamos a la zona de potencial positivo se comienza a oxidar, es decir, el cobre

se desprende y pasa al electrolito.

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Además se puede apreciar a partir del gráfico que cuando se llega al máximo

potencial (2[V]), una vez que empieza el recorrido de vuelta, es decir, el potencial

comienza a disminuir, la densidad de corriente cae abruptamente. Esto fenómeno se

explica por el desprendimiento del cobre y el mayor consumo de corriente frente a

la leve disminución de potencial

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Bibliografía1. Química. Textos científicos. [En línea] [Citado el: 7 de noviembre de 2013.] http://www.textoscientificos.com/quimica/corrosion.

2. Corrosión. uam. [En línea] [Citado el: 7 de noviembre de 2013.] http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/josem/static/CORROSION.pdf.

3. Gonzáles, JA. Corrosión Electroquímica. Madrid : s.n., 1996.