UNIDAD 1. ¿Qué se entiende por corrosión?. Por que se corroen los metales. Clasificación de la corrosión. Ánodo. Cátodo. Electrolito. Conductor. Corrosión en soluciones acidas. Básicas y neutras. Formación anódica. Material de Estudio: Corrosión Basics.- Capítulo II / III Corrosión Engineenring.- Capitulo I
CORROSIÓN – CIENCIA E INGENIERÍA ? CIENCIA: Es el estudio de los procesos Químicos y Metalúrgicos que ocurren durante la corrosión. ? INGENIERÍA: Es el diseño y aplicación de métodos para prevenir la corrosión. ? Idealmente la ciencia debe estar unida a la ingeniería de manera tal que nuevos inventos y mejores métodos de prevención permitan mayor eficiencia en el control de la corrosión.
CORROSIÓN – CIENCIA E INGENIERÍA ? En ocasiones los científicos se dedican al propósito del conocimiento puro con poca o ninguna perspectiva sobre las posibles aplicaciones de su trabajo. ? De otro lado los Ingenieros a menudo aplican métodos con poco o ningún conocimiento de los principios que los rigen. ? Una meta del curso es fortalecer el aprendizaje del estudiante en ambos campos Ciencia e Ingeniería.
CORROSIÓN – CIENCIA E INGENIERÍA
CORROSIÓN – CIENCIA E INGENIERÍA ? CORROSIÓN ES EL DETERIORO DE UNA SUSTANCIA (USUALMENTE UN METAL) O DE SUS PROPIEDADES A CAUSA DE UNA ACCIÓN CON EL MEDIO AMBIENTE. ? LOS METALES SE CORROEN PORQUE SON TERMODINAMICAMENTE INESTABLES. ? NO SE ENCUENTRAN LIBRES EN LA NATURALEZA.
CORROSIÓN – CIENCIA E INGENIERÍA ? EXISTEN EN COMBINACIÓN CON OTROS ELEMENTOS TALES COMO OXIGENO Y AZUFRE. ? Fe203 ? Fe3O4 ? AI2O3 Hematita Magnetita Alúmina
CORROSIÓN – CIENCIA E INGENIERÍA
CORROSIÓN – CIENCIA E INGENIERÍA ? LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE ? TODO CAMBIO ESPONTANEO OCURRE CON LIBERACIÓN DE ENERGÍA LIBRE DEL SISTEMA A LOS ALREDEDORES A PRESIÓN Y TEMPERATURA CONSTANTE.
Tabla 1. Ordenación de los materiales de acuerdo a la energía requerida para convertirse en metales.
A) Átomo de hidrogeno B) Íon hidrogeno (H+) C) Molécula de hidrogeno (H2)
CLASIFICACIÓN DE LA CORROSIÓN ? La corrosión ha sido clasificada de maneras diferentes: ? Corrosión húmeda: Ocurre cuando un liquido esta presente. Usualmente incluye soluciones acuosas o electrolitos. ? Corrosión seca: Ocurre en ausencia de una fase líquida o por encima del punto de rocío del ambiente.
REACCIÓN ELECTROQUÍMICA ?Se define como una reacción química que incluye transferencia de electrones. ?Es también una reacción química que incluye oxidación y reducción.
ACIDEZ Y ALCALINIDAD ? Los iones existen en un medio eléctricamente conductor, normalmente agua. ? El exceso de iones H+ o OH- define que la solución sea acida o alcalina. ? Solución neutra, equilibrio de iones H+ y OH- pH Ácida < 7 > Neutro Básica
COMPONENTES CELDA DE CORROSIÓN ? CELDA DE CORROSIÓN: 1. 2. 3. 4. Ánodo Cátodo Electrolito Conductor ? Reacciones electroquímicas que ocurren durante la corrosión del zinc en ácido clorhídrico al ambiente.
Zn COMPONENTES CELDA DE CORROSIÓN Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Zn + 2H+ + 2Cl- Zn+2 + 2Cl- + H2 Zn+2 + 2e- .Oxidation- Reaction Anodic 2H+ + 2e- H2 .Reduction – Reaction Cathode Zn + 2H+ Zn+2+H2
Flujo de corriente entre un ánodo y un cátodo en una celda de corrosión.
Vista de una sección transversal de una celda seca típica
Reacción electroquímica: corrosión de zinc en ácido clorhídrico aireado
CORROSIÓN EN ÁCIDOS
CORROSIÓN EN SOLUCIONES ALCALINAS Y NEUTRAS
CORROSIÓN EN OTROS SISTEMAS ? Los metales pueden también ser atacados corrosivamente en soluciones que no contengan ni oxígeno ni ácidos. ? Las soluciones más típicas son las sales oxidantes tales como compuestos férricos y cúpricos. ? Las podemos indicar:
REACCIONES CATÓDICAS ? CORROSIÓN DE METALES
REACCIÓN NO ELECTROQUÍMICA
Se 1. Desordenación: Los átomos y moléculas carecen de un arreglo ordenado. distribuyen aleatoriamente. 2. Ordenamiento Particular (corto alcance): Se presenta si el arreglo característico de los átomos se restringe solamente a átomos circunvecinos. Ejemplo: Polímeros – cerámicos.
3. Ordenamiento general (largo alcance): Se presenta cuando el arreglo atómico específico se distribuye por todo el material. Los átomos forman un patrón reticular repetitivo. Cada átomo tiene un ordenamiento particular o de corto alcance con el átomo vecino y en general largo ordenamiento general o de largo alcance, puesto que la red se distribuye uniformemente en todo el material. La configuración reticular difiere de un material a otro en forma y en dimensión dependiendo del tamaño de los átomos y del tipo de enlace interatómico. Ejemplo: metales, algunos cerámicos, algunos polímeros.
REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LAS CELDAS UNITARIAS DE LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS MAS COMUNES ENCONTRADAS EN LOS METALES. A) CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO B) CÚBICA CENTRADA EN LA CARA C) HEXAGONAL COMPACTA
de DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE IMPERFECCIONES CRISTALINAS A)Vacancias -Ausencia átomos en el cristal B)Impurezas – Átomos de diferente tamaño C)Átomos intersticiales D)Perturbaciones en la red – Dislocaciones
del metal base. ALEACIONES ? Intersticial: Átomos ? Sustitucional: Los átomos pequeños ocupan espacios del elemento aleante entre los átomos del metal ocupan el lugar en el látice de tamaño atómico mas grande. ? Sólido intersticial cúbico ? Sólido sustitucional cúbico centrado en cuerpo. centrado en cara.
DEFORMACIÓN PLÁSTICA ? En metales altamente deformados los granos son deformados y la estructura granular sufre rupturas. El material es más reactivo a ambientes electroquímicos. ? Impurezas, inclusiones, trabajo en frío, límites de grano y diferencia en la orientación de los granos, también pueden generar reacciones electroquímicas en muchos, metales y aleaciones.
? Metales listados como puros o comercialmente puros contienen cantidad de impurezas e imperfecciones. ? Estas impurezas e imperfecciones son causa inherente de corrosión en ambientes agresivos.
Ejemplo Suponga que la composicion de una moneda de 5 centavos de dolar segun la siguiente figura es de 100% de cobre (en la realidad es de 95% Cu y 5% Zn). Si el diametro de esta moneda es de 1.9 cm. Determine la cantidad aproximada de vacantes en un piano (100) paralelo a las caras que se encuentra a una temperatura de 1080°C, suponiendo que existe una vacante por cada 1600 atomos. Solucion: El plano (100) en el cobre fcc contiene el equivalente de dos átomos por cara de celda unitaria, como se muestra en la figura (b). El parametro del latice del Cu es: El radio del cobre, rCu = 1.278 Å
? Por lo tanto: a=3.61*10-8cm ? Luego el numero de átomos/cm2 en este plano (100), es: NA = 1.54 * 1015 átomos/cm2 ? El área de la cara de la moneda es: A = 2.83 cm2 ? Luego, la cantidad total de átomos en un (100) paralelo a la cara es: NT = (1.54 * 1015 átomos/cm2)*(2.83 cm2) NT = 4.4 *1015 átomos ? El numero total de vacantes es: NV = 2.8 *1012 vacantes
UNIDAD 2. Fenómenos de superficie. Procesos electrónicos. Interfase electro-electrolito. Diferencia de potencial, electrización de los dos lados de la interfase, medición de cambios de diferencia de potencial metal- disolución. Interfases no polarizables. Electrodo normal de hidrógeno. Potenciales de los electrodos standar. Utilización sistemas electroquímicos. Electrólisis. Generadores de energía. Consumidores de energía. Electroquímica Moderna.- Capítulo I / VII
Ciencia de las superficies ? Muchas de las propiedades de los materiales por ejemplo su estabilidad o inestabilidad en contacto con otros materiales no pueden explicarse adecuadamente en función de las propiedades medias. Gran parte de los conocimientos necesarios sobre las propiedades de los materiales se encuentran en el campo de la ciencia de superficies.
? CAMPO DE LOS PROCESOS IONICOS (Iónica). Concerniente a los iones en disolución y en los líquidos que se forman por fusión de sólidos compuestos por iones. ? CAMPO DE LOS PROCESOS ELECTRODICOS (Electródica). Concerniente a la región entre un conductor iónico y un conductor electrónico y la transferencia de cargas eléctricas a través de ella. Estudio de las interfases cargadas y las condiciones que gobiernan la transferencia de cargas a través de la misma
? INTERFASES ELECTRIZADAS. Casi todas las superficies de separación entre dos fases se encuentran electrizadas y las superficies de los materiales son sedes de exceso de cargas. Son estos excesos de cargas los que afectan las propiedades superficiales de los materiales y hacen que desvíen sus propiedades medias.
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