Electroquímica - Corrosión - Electrodeposición

Electroquímica - Corrosión - Electrodeposición

Ing. Gonzalo Barbero Medina

​Materia del 2° semestre de la carrera de IQ

Correlativa solo de QGI​

Contenidos mínimos necesarios:

• ​Estequiometría

• Reacciones de óxido-reducción​

• Espontaneidad

• Definiciones de electrodo, cátodo, ánodo, celta, puente salino, potencial redox

​Habilidades que desarrollaron en la unidad:

• Comprensión del funcionamiento de un sistema electroquímico

• Cálculo de fem​ y determinación de espontaneidad

• Balanceos por el método del ion/electrón​

Multiple Choice

El deterioro de un material que se produce como consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno se denomina:

• Corrosión

• Precipitación

• Neutralización

• Reducción

Multiple Choice

En una reacción redox:

• La especie que se oxida gana e- y la que se reduce los pierde

• La especie que se oxida pierde e- y la que se reduce los gana

Multiple Choice

En una celda electrolítica:

• La reducción se da en el cátodo y la oxidación en el ánodo

• La oxidación se da en el cátodo y la reducción en el ánodo

Multiple Choice

Una redox:

• Siempre es espontánea

• Nunca es espontánea

• Hay redox espontáneas y redox no espontáneas

Multiple Choice

En una redox:

• El agente reductor se oxida y el oxidante se reduce

• El agente reductor se reduce y el oxidante se oxida

• Depende del medio

Multiple Choice

Las condiciones ambientales no afectan a la aparición de la corrosión:

• Verdadero

• Falso

Multiple Select

¿Qué factores ambientales favorecen la aparición y avance de la corrosión metálica?

• Presencia de electrolitos

• Altas temperaturas

• pH bajo

• Humedad

Multiple Choice

¿Qué es un ánodo de sacrificio?

• Un revestimiento que se realiza del metal para aislarlo del medio

• Un metal más reductor que el de la pieza que se desea proteger, conectado eléctricamente con la pieza

• Un metal más oxidante que el de la pieza que se desea proteger, conectado eléctricamente con la pieza

• Un recubrimiento de óxido que se da sobre la pieza e inhibe la corrosión

Corrosión

La corrosión puede clasificarse por el medio en que se desarrolla como corrosión química (medio no iónico) y corrosión electroquímica ↦ Ataque electroquímico destructivo que sufre un metal a través de una reacción con el medio en que se encuentra.

Las causas más frecuentes de aparición son contacto de diferentes metales (soldaduras) o heterogeneidades dentro de la estructura del metal (diferentes fases, impurezas, tensiones en el metal)

Corrosión

Daños por corrosión:

⇢ ​Pérdida de metal en la zona en que la pieza estuvo expuesta a la corrosión

⇢ Pérdida o alteración de sus propiedades, tanto físicas como químicas

⇢ Pérdidas de eficiencia industrial

⇢ Deterioro de las condiciones de seguridad (riesgo de accidentes, fallos estructurales, fallas de equipos)

Control de la corrosión​:

Generalmente, todos los sistemas de protección contra la corrosión están basados en la eliminación de alguno de los elementos primordiales de las pilas galvánicas:

⇢ ​Impedir el contacto del metal con el medio (pinturas, galvanización, capa de óxido impermeable)

⇢ Ánodo de sacrificio

⇢ Evitar el contacto de diferentes metales (soldadura: Fe con Sn-Fe)

Electrodeposición

• Se busca deponer un metal (normalmente el mismo del que está fabricado el ánodo) sobre la superficie del cátodo

• El objetivo es revestir a una pieza con otro metal para darle determinadas propiedades deseadas (químicas, físicas, mecánicas)

• Al contrario que la corrosión, no es un proceso espontáneo​

• ​Proceso inverso al de una celda galvánica

• El sistema es análogo al de la celda galvánica, pero se coloca una fuente de electricidad entre el ánodo y el cátodo

• El metal a depositar debe encontrarse como catión en la solución​

Ejemplos de aplicación

Las bombas centrífugas usualmente poseen en el ingreso de la succión una rejilla de Zn que cumple una doble función: por un lado, la de evitar que material en suspensión de gran tamaño ingrese en la misma y pueda dañarla, pero por otro al estar construidas en zinc funcionan como ánodo de sacrificio para evitar la corrosión del equipo en las condiciones de operación. Estas rejillas tienen una vida útil de aproximadamente un año y medio, pero se recomienda cambiarlas anualmente para evitar problemas en el equipo, sobre todo asociados al desgaste de la malla por el desgaste galvánico que puede conllevar a la aparición de huecos de mayor porte.

Si el interior de la bomba está eminentemente fabricado en hierro, indique cuáles son las reacciones redox que se presentarían con el ánodo de sacrificio en funcionamiento y sin el mismo.

Una fábrica aceitera decide instalarse en la zona costera de Perú. Como parte de sus equipos, posee en la parte externa de la nave productiva una bomba de este tipo. Aproximadamente a los 11 meses de instalada la bomba, la misma se rompe y al examinarla se encuentra que el problema fue el ingreso de material de gran tamaño al interior puesto que el filtro se encontraba excesivamente desgastado.

Indique por qué cree que el filtro se rompió antes de la vida útil indicada por el fabricante.​

Ejemplos de aplicación

Se desea recubir un anillo de cobre con una capa de oro. ​Proponga un sistema a escala piloto que permita realizarlo, indicando sus partes en un esquema y las reacciones que lo gobiernan.

¿Considera que es el más eficiente posible?Justificar por qué coloca el anillo en la posición elegida.​

Calcular el voltaje mínimo al que se debe someter el sistema para que la reacción ocurra y el tiempo necesario para que se depositen 0,​2 g de oro si se hace circular una corriente de 1,5 A.

Propuesta de laboratorio

Elementos necesarios:

• Dos cápsulas de porcelana

• Probetas de 50 mL

• Pipeta de 5 mL

• Varilla de Cu

• Clavo de Fe

• Placa de acero

• Indicador de fenolftaleína

• Solución A: NaCl 2 o 3% w/w en agua

• Solución B: K₃[Fe(CN)₆] 0,1% w/w en agua

• Solución C: 100 mL de Sc. A + 0,5 mL de Sc. B + 6 gotas de fenolftaneína

Propuesta de laboratorio

Procedimiento:

Enrollar un clavo de Fe con un alambre de Zn (bien apretado. El alambre debe estar en contacto estrecho con el clavo). Colocarlo en una de las cápsulas y agregar 50 mL de la solución A. Colocar unas 6 o 7 gotas de solución de fenolftaleína.​

Aparte colocar sobre la placa de acero 1 o 2 gotas de la solución C. Dejar deposar unos dos o tres minutos y observar. Dejar reposar ambos sistemas unos dos o tres minutos y observar los cambios​

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​Por otro lado, enrollar un alambre de cobre varilla de Cu (también bien apretado). Colocarlo en la otra cápsula y añadirle 50 mL de solución A, 2 mL de solución B y 6 o 7 gotas de solución de fenolftaleína.

Propuesta de laboratorio

Resultados esperados:​

En la primera experiencia, como resultado de la reacción se libera OH^- sobre la superficie del clavo (cátodo), observándose una coloración rosada sobre el mismo.

En la segunda, se pueden evidenciar el ánodo y el cátodo. Sobre el cobre (cátodo) aparece una coloración rosada mientras que sobre el alambre de Fe (ánodo) una coloración azulada. El azul se produce por la reacción entre el Fe²⁺ y el K₃[Fe(CN)₆] produciendo Azul de Turnbull

En la tercera se apreciarán tres efectos:

• En el centro de la gota, aparecerá la coloración azul debido a la formación del azul de Turnbull. Esto evidencia que esta parte es la que funciona como ánodo (al estar aislada del O₂).

• En los bordes de la gota aparecerá coloración rosada por la formación de OH^-

• En el límite entre el ánodo y el cátodo aparecerá una mancha de herrumbre como consecuencia de la interacción entre el Fe²⁺ y el OH^-, con la subsecuente oxidación a Fe(OH)₃

¡Muchas gracias!

¿Preguntas?​

• Química: curso universitario - (1987) - Mahan - Myers (Editorial Adison-Wesley Iberoamericana)

• Química General - 5ta edición - Whitten- Davis - Peck (Editorial McGraw Hill)

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Bibliografía utilizada

• Química - 6ta edición - Raymond Chang (Editorial McGraw Hill)

• Problemas de química - (2000) ​ - López Cancio (Editorial Prentince Hall)

• Guía de trabajos prácticos - (2016) - ​Cátedra de Química Inorgánica ( FIUBA)

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