Oxidación de metales con soluciones salinas/azufre

Juan Felipe Narváez López (41121017), Lizeth Natalia Vergara Alzate (41121008).

Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería, Fundación Universitaria de Popayán, sede los Robles, Popayán Colombia.

 

RESUMEN

En este experimento se procedió a oxidar placas de diferentes metales como zinc, aluminio, cobre y magnesio, con el fin de observar la rapidez de oxidación que presentaba cada metal y realizar un posterior análisis y terminar en conclusiones.
en este  experimento se usaron soluciones de sal de cocina o sal común, sal marina y azufre, para oxidar los metales, también fue necesario contar con recipientes transparentes para facilitar la observación de las placas, también fue necesario contar con atomizadores para rociar constantemente las placas con las diferentes soluciones y también fue necesario mantener los recipientes tapados para que el ambiente dentro del recipiente se impregnara de la solución.

Palabras clave: metal, oxidación, corrosión, solución.

ABSTRAC

In this experiment proceeded to oxidize plates of different metals such as zinc, aluminum, copper and magnesium in order to observe the speed of presenting each metal oxidation and perform further analysis and conclusions finish.

were used in this experiment cooking salt solution or common salt, sea salt and sulfur, to oxidize the metals, was also clear containers needed to facilitate observation of the plaques was also needed constantly spray atomizers plates with different solutions and it was also necessary to maintain the containers for which the environment inside the container of the solution permeate.

Keywords: metal, rust, corrosion, solution.

INTRODUCCIÓN

Se llama metales a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución. La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La corrosión es una reacción química (oxido-reducción) en la que intervienen 3 factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reacción electro química.

Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).

El fin de este experimento, es identificar que sustancias oxidan más rápido y que metales se oxidan más rápidamente.

MARCO TEORICO

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. La corrosión puede ser mediante una reacción química (óxido-reducción) en la que intervienen dos factores:

·         El ambiente o por medio de una reacción electroquímica.

·         La pieza manufacturada

 Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón). Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmosfera, alta temperatura, etc.).

Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelve 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante. La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físico-química).


TIPOS DE CORROSIÓN

·         Corrosión Uniforme: La corrosión uniforme o general tiene como particularidad desarrollarse con la misma rapidez a lo largo de toda la superficie, y puede describirse como la corrosión causada por un ácido en un medio acuoso, cuyas propiedades protectoras sean mínimas. Este tipo de corrosión permite ser medida en valores promedios anuales, en largos tramos de superficies expuestas.

·         Corrosión por picadura: Se denomina así al tipo de ataque local formado cuando la velocidad de la corrosión es mayor en unas zonas comparadas con otras. Si se produce ataque apreciable confinado en un área fija del metal relativamente pequeña, la cual se convierte en ánodo, En ocasiones se expresa la profundidad de las picaduras por el término factor de picadura. Este factor es la relación de la penetración máxima producida en el metal a la penetración media determinada por la pérdida de peso de la muestra.

·         Corrosión por Cavitación: Es la formación y colapso de burbujas de vapor en la superficie de contacto dinámico metal-líquido, como consecuencia de los cambios en las presiones del líquido. Ocurre cuando el valor de la presión absoluta del fluido es menor a la presión de vaporización del mismo. Los objetos metálicos vecinos sufren daños mecánicos debido a las repetidas ondas de choque producidas por el colapso de las burbujas dentro del fluido.

·         Corrosión Intergranular: Es un tipo de ataque producido en los espacios limitantes de los granos de un metal y produce pérdida de la resistencia mecánica y de la ductilidad. Este ataque suele ser, con frecuencia, rápido.

 Corrosión Galvánica:   La corrosión galvánica o bimetálica es el resultado de la exposición de dos metales distintos en el mismo ambiente, y más notable cuando están conectados eléctricamente en forma directa;  Este tipo de corrosión depende del potencial o tendencia a la corrosión de los metales expuestos, de la mayor o menor cercanía entre los mismos, de la conductividad del ambiente donde se encuentran y del área de contacto.

·         Corrosión por Fatiga: Este tipo de corrosión ocurre si un metal se agrieta cuando está sujeto a repetidos esfuerzos de tracción. La resistencia a la fatiga de un metal será significativamente menor cuanto menor sean los esfuerzos cíclicos en un ambiente corrosivo.

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN

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

2.    Uso de materiales de gran pureza.

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

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

5.    Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus efectos.

6.    Un roció interno de cobre para la adhesión del recubrimiento al acero Una capa intermedia de níquel para una buena resistencia a la corrosión

7.     Una delgada capa de cromo, principalmente para el aspecto 3.1.2 Recubrimientos inorgánicos.- (cerámicas y vidrio) Es preferible que el acero sea recubierto por un cerámico para obtener un acabado durable y liso. Lo general es con una cubierta de porcelana compuesta por una delgada capa de vidrio fundido en la superficie del metal de manera que este recubrimiento quede bien adherido.

RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS:   Las pinturas, barnices, lacas y muchos otros materiales poliméricos orgánicos se utilizan comúnmente para proteger metales contra el ambiente corrosivo. Ofrecen barreras delgadas, resistentes y durables. De acuerdo con el peso, el uso de recubrimientos orgánicos protege más a los metales contra la corrosión de cualquier otro método. Es necesario tener cuidado de no aplicar recubrimientos orgánicos en casos donde el metal este expuesto a un ambiente de corrosión muy agresivo, y que la película pueda ser atacada rápidamente y se agriete provocando la corrosión.

MÉTODOS CONTRA LA CORROSIÓN

Las medidas más importantes para el control de la corrosión, se toman desde el diseño mismo del equipo, en la selección de los materiales de construcción más apropiados y en las características más convenientes del propio diseño. De manera adicional con enfoques particularmente a la operación de planta los métodos generales que se aplican son:

Métodos electroquímicos: Se basan en el uso de corrientes naturales galvánicas o extremadamente aplicadas, que polarizan el metal a proteger, llevando a condiciones de impunidad o de pasividad. Estos son la protección catódica y anódica.

 Métodos de barrera física: Tienden a evitar permanentemente el contacto metal-ambiente mediante la aplicación de recubrimientos; cuyo éxito dependerá de sus propiedades mecánicas, químicas y electroquímicas en un ambiente dado Métodos que disminuyen la agresividad del medio corrosivo. Mediante la adicción de sustancias inhibidores la corrosión, las cuales reducen la probabilidad y/o la velocidad de las reacciones del metal con su ambiente.

CONTROL DE LA CORROSIÓN

Como ya quedo establecido, la corrosión es inevitable. Los métodos generales de protección de metales para el control de la corrosión se basan en los cuales en forma breve, se anuncian a continuación.
Modificación de los potenciales eléctricos existentes los metales que disminuyen y mantengan bajo control la velocidad de corrosión del metal. Provocar la formación de un oxido protector en la superficie del metal, ya sea mediante un proceso electrolítico como el anodizado del aluminio o mediante la alineación adecuada con otros metales, siendo el caso típico de esto último la alineación del cromo al acero inoxidable. Creación de una barrera física protectora del metal, base que los aislé del medio ambiente. Comprende todo tipo de recubrimientos: metálicos, nucleado y galvanizado. Alteración del medio ambiente y en ocasiones de la superficie metálica que disminuya la rapidez de la corrosión; mediante el uso de compuestos químicos específicos o inhibidores de la corrosión.

MATERIALES

·         Recipiente y varillas  de vidrio

·         Dos tarros de gaseosa

·         Nilón

·         Becker

·         Sal marina

·         Sal de cocina

·         Azufre

·         3 laminas de zinc

·         3 laminas de cobre

·         3 laminas de aluminio

·         3 laminas de magnesio

·         3 frascos atomizadores

·         Agua

ANÁLISIS

A continuación haremos un análisis de cada lámina con su respectiva reacción:

·         Cobre bajo solución de sal marina: se pueden observar  betas de color verdosas por toda la placa, también se puede notar debilidad en la lamina (se dobla con facilidad)

·         Cobre bajo solución de azufre: se observan grandes betas de oxido por toda la placa café-amarillento y negro, que cubre el 70% de la lamina, y presenta un poco de debilidad.

·         Cobre bajo solución de sal de cocina: se observan pocos puntos de color verde y amarillo distribuidos por la placa, pero sigue presentando dureza.

·         Zinc bajo solución de sal marina: se observa dos manchas de color café en la parte superior de la lámina, la placa sigue estando dura.

·         Zinc bajo solución de azufre: se observa muy poca oxidación en las puntas por donde fue cortada, la placa sigue estando dura.

·         Zinc bajo solución de sal de concina: se observa una pequeña mancha en uno de los extremos, no presenta más oxidación, la placa sigue presentando alta dureza.

·         Aluminio bajo solución de sal marina y sal de cocina: presenta alto grado de oxidación tanto con sal de cocina como con sal marina, se observan gran cantidad de manchas de color café amarillento, las placas presenta maleabilidad.

·         Aluminio bajo solución de azufre:  se observan pequeños pigmentos de color café claro, la placa presenta maleabilidad.

·         Magnesio bajo solución de sal de marina: presenta corrosión  en la porción baja donde se acento la sal, no presenta manchas.

·         Magnesio bajo solución de sal de cocina y azufre: no se presento oxidación ni corrosión.

Nota: como se puede observar en el video, al prender fuego en la lámina de magnesio reacciona y produce una llama de color amarilla incandescente que al consumir la placa produce un polvo blanco, a esto se le denomina oxido de magnesio  .

CONCLUSIONES

·         La corrosión es el ataque del medio a los metales.

·         Los metales tienen diferentes resistencias a la corrosión y oxidación.

·         Los metales reaccionan en varias formas ante los factores de la corrosión.

·         Los principales factores de corrosión son el oxigeno los ácidos el agua y el azufre.

·         No todos los metales presentan corrosión.

·         Es relativamente fácil y rápido que un material se oxide al menos en una primera capa.

·         Entre los metales utilizados, el cobre es uno de los metales que mas se oxida.

·         El aluminio se oxida mucho más rápido con las sales, en especial con la sal marina.

·         El zinc presenta mayor resistencia a la oxidación.

·         El cobre se torna maleable cuando presenta un grado de oxidación alto.

·         El magnesio solo presento corrosión al contacto con sal marina.

BIBLIOGRAFÍA

·         Demnald R. Askeland, Pradeep P. Plulé "Ciencia e Ingeniería en los materiales", cuarta edición, Ed. Prentice hall, 1998, México, pag 967.

·          Ensayos de corrosión- F. A. Champion y Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales- William F. Smith y Javad Hashemi.

·         http://www.monografias.com/trabajos82/corrosion-materiales/corrosion-materiales.shtml

·         http://html.rincondelvago.com/corrosion-de-materiales_1.html