Lab 1_conceptos Electroquimicos

7/24/2019 Lab 1_conceptos Electroquimicos

1/16

UNIVERSIDAD NACIONAL DE

INGENIERA FACULTAD DEINGENIERA QUMICA Y

TEXTILREA ACADMICA DE

INGENIERA QUMICA

CURSO :CORROSION I

CDIGO: PI-515 / B

SEMESTRE ACADMICO: 2012-II

AMBIENTE DE TRABAJO: Lab. N 23A

LABORATORIO N 01

CONCEPTOS ELECTROQUIMICOS:

INTEGRANTES:

CHAVEZ BARBOZA JORGE

ROJAS MANUEL ANGIE

SANCHEZ VERA PERCY ARMANO

PROFESOR:

ING. JUAN !UIROZ GARCIA

FECA DE PRESENTACIN:

13 E SEP"IMBRE EL 2012.

NDICE


2/16

UNIVERSIA NACIONAL E INGENIERIA#ACUL"A E INGENIER$A !U$MICA Y "E%"IL

P&'.

1! RESUMEN "

#! GASES DISUELTOS EN AGUA $

"! CELDAS ELECTROLITICAS %

$! REACCIONES ELECTROQUMICAS 10

%! MEDICIONES DE POTENCIAL 1#

&! BIBLIOGRAFIA 1%

LABORATORIO N 01

CONCEPTOS ELECTROQUIMICOS2 CO

RROSION I


3/16


1! RESUMEN:

Ante la presencia de un problema de corrosin en nuestro entorno, tenemos lanecesidad de solucionar este inconveniente que es frecuente en la industria enla cual nos vamos a desempear como futuros ingenieros qumicos! "ara

superar o enfrentar esta situacin tenemos que tener nociones fundamentalesque nos a#udaran a la solucin del desgaste de ciertos materiales con elmedio en que traba$an! %s por eso que en el inicio del estudio de la corrosines primordial tener presente los conceptos electroqumicos que est&n mu#ligados a estos eventos!

Con el 'n de aprender, entender # recordar estos conocimientos, se reali(aroncuatro e)periencias, las cuales nos a#udaran a anali(ar # veri'car estosconceptos electroqumicos!

%n la primera e)periencia se quiere demostrar que en las soluciones, talescomo agua salada # gaseosa que se usaron en esta primera parte, atemperatura ambiente e)isten gases disueltos en ba$a concentracin como elCO2*g+, O2*g+, entre otros!

%n la segunda e)periencia se constru#eron dos celdas galv&nica #electroltica! %n ambas celdas se medio la corriente con un multmetro # asdeterminar el sentido de las corrientes! %n la celda galv&nica, la corriente vadesde el electrodo de Cu*s+al electrodo de -g*s+determinando que el cobre esel c&todo # el magnesio es el &nodo! %n la celda electroltica, se determino conel sentido de la corriente cual gra'to era el &nodo # el c&todo donde se

produce la o)idacin del Cl.*ac+# la reduccin del O2*g+disuelto respectivamente!

%n la tercera e)periencia se mostr las reacciones de o)idacin # reduccin enuna placa de /n*s+# de acero! Con respecto a o)idacin, el /n*s+reaccion conel 02SO1*ac+ para formar el /n2*ac+ que se identi'c vertiendo una gota de345e*CN+6*ac+formando una solucin comple$a de color mosta(a7 # a la placa deacero se reali( el mismo procedimiento, para lo cual se formo 5e2*ac+formando un comple$o de color a(ul al verter una gota de ferricianuro depotasio!

Con respecto a la reduccin, a la placa de (inc se le verti el mismo &cidomostrando desprendimiento de burbu$as de gas correspondientes a lareduccin del 0*ac+7 # a misma placa de (inc se le vierte una gota de solucinde NaCl*ac+al 48 con lo cual se e)pone que esta solucin ataca a los metales locual se comprob con coloracin grosella de la fenolftalena!

%n la 9ltima e)periencia se midiern los potenciales de diversos metales #aleaciones con respecto al electrodo de calomel con a#uda de un multmetro!

Con estas mediciones se dan a conocer que ciertas aleaciones, como elbronce, puede ser utili(ados como electrodos de referencia por su mu# ba$o

potencial!

4 CORROSION I


4/16


#! GASES DISUELTOS EN AGUA:

#!1! DESCRIPCIN DEL PROCESO:

%n un vaso de precipitado se vierte bebida gaseosa # realice lo siguiente encada casoAgitacin, aadir sal, aadir a(9car, otros!%n otro recipiente transparente verter agua salada unas gotas de fenolftalenaintroducir parcialmente un clavo!

#!#! DESCRIPCION TEORICA Y ECUACIONES QUMICAS:

%cuacin de disolucin, formacin del electrolitoNaCl*ac+ : Na*ac+ Cl.*ac+

%cuacin de o)idacin5e*s+ : 5e2*ac+ 2e.

%l potencial est&ndar de reduccin es %; < . =!11=>

Se produce una reaccin de o)idacin del ?ierro presente en clavo de acero

%cuacin de reduccin

@as posibles especies que pueden reducirse son

Na*ac+ e. Na*s+ %B < .2!>O2*g+ 202O*l+ 1e.1O0.*ac+ %; < =!11>

De las dos reacciones posibles anteriores se puede descartar la dereduccin del sodio, debido a su ba$o potencial de reduccin! %s por elloque la reaccin m&s probable, # que adem&s e)plica la formacin de O0.,es la de la reduccin de o)geno!

#!"! EXPLICACIN:

@a o)idacin del clavo ocurre ma#ormente en la $usto deba$o de la interfa(solucin.aire # es que este proceso se debe a la presencia de o)igeno enel agua el cual se reduce espont&neamente!

%sta e)periencia no solo nos demuestra que el o)igeno se puede disolveren el agua # que su concentracin ser& ma#or cerca de la super'cie, sinotambiEn que se a formado micro celdas de corrosin como se puedeapreciar en la siguiente imagen

1 CORROSION I


5/16


%n la cual la fuer(a impulsora para la micro celda es la diferencia de potencialoriginada por impure(as en la super'cie, bordes de granos, esfuer(osinternos, etc!@a funcin del agua salada es actuar como electrolito para facilitar lamovili(acin de los iones!

Feniendo en cuenta esto podemos entender que el o)igeno con la solucin

forman una semimicrocelda que en contacto con el ?ierro cierra el circuito #provoca la o)idacin de este a 5e2! %s as que se da la reduccin delo)igeno, con formacin de O0., # la o)idacin del ?ierro, que $untos llegan aformar el ?idr)ido de ?ierro!

%sta 9ltima etapa se con'rma claramente con la coloracin ro$o grosella de lafenolftalena!Gn proceso an&logo ocurre con la gaseosa solo que esta ve( el gas disuelto esel di)ido de carbono!

"! CELDAS ELECTROLITICAS:

"!1! CEDA GALVANICA:

"!1!1!DESCRIPCIN DEL PROCESO:

Gna celda galv&nica es un dispositivo en el cual se transforma energaqumica, en energa elEctrica! @a energa qumica la proporciona unareaccin de o)ido.reduccin, en la que la transferencia de electrones seproduce a travEs de un alambre, en lugar de por contacto directo entreel agente o)idante # el agente reductor! @a celda galv&nica est&

formada por dos medias.celdas! *Denominadas tambiEn semipilas o

H CORROSION I


6/16


electrodos+ %n el electrodo negativo, ocurre la o)idacin, # en elelectrodo positivo la reduccin!>erter agua salada en un recipiente # medir la conductividad!Introducir parcialmente dos placas una de magnesio # otra de cobre, #conectarlas con un alambre de cobre!

Gtili(ando, el ampermetro determinar el sentido de la corriente en elalambre de cobre!Aadir fenolftalena!

"!1!#!DESCRIPCION TEORICA Y ECUACIONES QUMICAS:

Gna celda galv&nica es un dispositivo en el cual se transforma energaqumica, en energa elEctrica! @a energa qumica la proporciona unareaccin de o)ido.reduccin, en la que la transferencia de electrones seproduce a travEs de un alambre, en lugar de por contacto directo entreel agente o)idante # el agente reductor! @a celda galv&nica est&formada por dos medias.celdas! *Denominadas tambiEn semipilas oelectrodos+ %n el electrodo negativo, ocurre la o)idacin, # en elelectrodo positivo la reduccin!

"!1!#!1! TERMODINMICA DE LAS PILAS:

"ara una pila galv&nica reversible la reaccin general puede ser

escrita como

aA + bB + . . . cC + dD +. . . (1)

%l potencial qumico o la energa libre parcial molar para cadaespecie i puede ser e)presado como

i = i0 + RT ln fixi (2)

el cambio de energa libre total como

G = H TS = i i = i i0+ RT i lnfixi ()

Donde

JK L cambio de energa libre de reaccinJ0 . cambio de entalpa de reaccinJS . cambio de entropa de reaccin

Mi . potencial qumico de la especie i

6 CORROSION I


7/16


Mi = . potencial qumico en estado estandar, eso es cuando laactividad ')i < ' . coe'ciente de actividad de especie i)i . fraccin molar de la especie ii . coeficiente estequiomEtrico de la especie i

Cuando todos los reactivos # productos est&n en su estado est&ndar*sus actividades igual a + la ecuacin *4+ se reduce a

G0= H0 TS0= i i0 (!)

%n un sistema formado por una pila galv&nica cu#a f!e!m! vara enfuncin de la carga, el traba$o reali(ado es

d G = d " = # $d %

Adem&s

CORROSION I


8/16


"!1!#!#! ECUACIONES QUMICAS:

"osibles ecuaciones de o)idacin

-g*ac+: -g2*ac+ 2e.El potencial estndar de reduccin es E = - 2.36V

202O*l+ O2*g+ 10

*ac+1e.

El potencial estndar de reduccin es E = 1.23V

2Cl.*ac+ Cl2*g+ 2e.El potencial estndar de reduccin es E =0.1.36V

Al ver los potenciales observamos que el -g es el que se o)ida en el&nodo!

%cuacin de reduccin

@as posibles especies que pueden reducirse son

Na*ac+ e. Na*s+ %B < .2!>O2*g+ 202O*l+ 1e.1O0.*ac+ %; < =!11>

De las dos reacciones posibles anteriores se puede descartar la dereduccin del sodio, debido a su ba$o potencial de reduccin! %s por elloque la reaccin m&s probable, # que adem&s e)plica la formacin deO0., es la de la reduccin de o)geno!

"osible formacin de ?idr)ido

-g2*ac+ 2O0.*ac+: -g*O0+2*ac+ CO

RROSION I


9/16


"!1!"!EXPLICACION

@a diferencia de potencial medido se debe la reaccin espontanea de o)ido

reduccin! "ara saber cual de los elementos se o)ida # cual se reducesimplementeObservamos la tabla de potenciales est&ndar *por que las condiciones detraba$o se apro)iman bastante a las est&ndar+ siguiente

5ue as como pudimosdeterminar las reacciones que ocurrieron!

"!#! CELDA ELECTROLTICA

"!#!1!DESCRIPCIN DEL PROCESO:

>erter la solucin de NaCl al 48 en el recipiente # medir la

conductividad! Introducir parcialmente 2 electrodos de ga'to #conectarlos con alambres de cobre al recti'cador de corriente! Alencender # girar la perilla del recti'cador ?asta H>, se observaronpequeas burbu$as en los electrodos!

Se determin la intensidad de corriente I < 4!6P mA! Al agregar elindicador fenolftalena, se observ la coloracin ro$o grosella m&sintensa sobre de los electrodos!

"!#!#!DESCRIPCIONTEORICA Y REACCIONES QUIMICAS:

@a coloracin ro$o grosella se present en el CQFODO # la reaccin dereduccin fue la siguiente

+2H

2O4OH

O2(ac)+4 e

Reduccin del H

2O E=0.401V

P CORROSION I

-edia reaccin %o *>+@i*aq+ e : @i*s+ 4!=H

Ca2*aq+ 2e : Ca*s+ 2!6Na*aq+ e : Na*s+ 2!

-g2*aq+ 2e : -g*s+ 2!4

Cu2*aq+ 2e : Cu*s+ =!41O2*g+ 202O*l+ 1eL : 1O0L*aq+ =!1


10/16


@a reaccin en el QNODO es la siguiente

Cl2+2e

2Cl O)idacin del anin

Cl E=1.36V

Nota en la celda electroltica tambiEn e)iste O2(g ) disuelto!

"!#!"!EXPLICACIN

Seg9n los potenciales de reduccin del H2O # del Cl2 seria este9ltimo el que se redu$era por tener un potencial de reduccin ma#or,esto no se da en la celda electroltica debido a que el recti'cadorconectado a los electrodos genera un polo positivo # un polo negativo,

el polo positivo atrae a los iones Cl # dado a que en la celdaelectroltica este polo representa al ANODO aqu ocurre la reaccin deo)idacin por otro lado en el polo negativo es decir en el CAFODO

ocurre la reaccin de reduccin del H2O la cual genera ionesOH

*medio alcalino+ los cuales en presencia de fenolftalena producen unacloracin ro$o grosella!

$! REACCIONES ELECTROQUMICAS

$!1! OXIDACIN:

$!1!1! DESCRIPCIN DEL PROCESO:

Sobre una placa de (inc #a li$ada se coloca una gota de &cido sulf9rico=!H N *02SO1+ # a continuacin se vierte una gota de indicador345e*CN+6 *5erricianuro de potasio+ observ&ndose una coloracinmosta(a leve como muestra la 5igura !a!

Sobre una placa de acero al carbono #a li$ada se coloca una gota de&cido sulf9rico =!H N*02SO1+ # luego se vierte una gota de indicador345e*CN+6 apareciendo una coloracin a(ul como se muestra en la5igura 2!

$!1!#!DESCRIPCION TEORICA Y ECUACIONES QUMICAS:

= CORROSION I


11/16


%l contacto de la gota de 02SO1# la placa de (inc gener las siguientereacciones

/n*s+: /n2*ac+ 2e.*O)idacin+20*ac+ 2e.: 02*g+*Reduccin+

@a coloracin mosta(a leve en la 5igura !a se genera por la siguientereaccin

4/n2*ac+ 25e*CN+64.*ac+: /n45e*CN+6T2*s+*coloracin mosta(a leve+

%l contacto de la gota de 02SO1 # la placa de acero gener lassiguiente reacciones *5igura 2!a+

5e*s+: 5e2*ac+ 2e.*O)idacin+20*ac+ 2e.: 02*g+*Reduccin+

@a coloracin a(ul en la 5igura 2!a se genera por la siguiente reaccin

45e2*ac+ 25e*CN+64.*ac+: 5e45e*CN+6T2*s+*coloracin a(ul+

$!1!"! EXPLICACIN:

%l &cido sulf9rico pierde sus iones 0 a causa de estar en una solucin,

estos iones al entrar en contacto con el /n*s+ se producen las reaccionesde o)idacin *del /n+ # reduccin *del 0+ la cual desprende 02*g+ de lasuper'cie de la placa! Al producirse estas reacciones se forma una celdaelectroqumica donde se encuentra la (ona andica *se produce lao)idacin+ # la (ona catdica *se produce la reduccin+ en la misma placade (inc! %stas celdas que se producen son de tamao microscpico quese muestran en toda la super'cie de la placa!

@a fuer(a impulsora para estas microceldas es la diferencia de potencialoriginada por Impure(as en la solucin, impure(as en la super'cie delmetal, diferente orientacin de los cristales, bordes de grano, e)istenciade ra#aduras # la presencia de esfuer(os internos! %sto genera unacorrosin uniforme # considerando a la placa de /inc como un electrodo?eterogEneo por donde se transportan los electrones! Adem&s se sabeque el potencial de reduccin del /n*s+ es menor que la del 02*g+ lo cualindica que se o)ida # reduce respectivamente! @os mismo sucede para la

placa de acero!

CORROSION I


12/16


$!# REDUCCIN:

$!#!1DESCRIPCIN DEL PROCESO:

Sobre una placa de (inc #a li$ada se coloca una gota de &cidosulf9rico =!H N *02SO1+ observ&ndose un burbu$eo intenso en lasuper'cie de la placa como muestra la 5igura !b!

Sobre una placa de (inc #a li$ada se coloca una gota solucin deNaCl al 48 # a continuacin se vierte una gota de indicadorfenolftalena form&ndose una coloracin grosella como se muestraen la 5igura !c!

4.2.2DESCRIPCION TEORICA Y ECUACIONES QUMICAS:

%l contacto de la gota de 02SO1 # la placa de (inc gener lassiguiente reacciones *5igura !b+

/n*s+: /n2*ac+ 2e.*O)idacin+20*ac+ 2e.: 02*g+*Reduccin+

%l o)igeno disuelto de la solucin de NaCl al 48 en la interfasecon la placa de (inc genera las siguiente reacciones *5igura 2!c+

/n*s+: /n2*ac+ 2e.*O)idacin+202O*l+ O2*ac+ 1e.: 1O0.*ac+ *Reduccin+

%n la (ona de color grosella ocurri la siguiente reaccin *5igura2!c+

202O*l+ O2*ac+ 1e.: 1O0.*ac+ *Color grosella con la fenolftalena+

$!#!"! EXPLICACIN:

2 CORROSION I

(b)

(a)

(a)

(b)

(c)

Figura 1. Reacciones electroqumicasen la placa de inc con !a" #2$%& '(3)e!*+"6, !" con #2$%& ' !c" consolucin de +a*l al 3 ' /enol/talena.

Figura 2.!a"*oloracin de la reaccinen la placa de acero con #2$%& '(3)e!*+"6.!"*oloracin de la reaccin#2$%&' (3)e!*+"6.


13/16


@a e)planacin de la reduccin de los 0 a 02*g+ debido a la formacin demicroceldas en la placa de (inc se menciona en la seccin de e)plicacinde la o)idacin!

%l o)igeno que se encuentra en el ambiente se disuelve en la interfasegota.aire! A continuacin, el o)igeno se empie(a a difundir por ladiferencia de concentracin ?asta llegar a la interfase placa.gota! Al llegara la interfase se genera una celda de aireacin diferencial #a que laconcentracin de o)igeno es ma#or en las (onas cercanas a los bordes dela interfase gota.placa que en el centro de la gota! Con esta celda, la partecentral toma el lugar de la (ona andica *donde se o)ida el /n+ # losbordes cercanos como la (ona catdica *donde se reduce el O2*ac++,?aciendo que el Uu$o de electrones se realice en la super'cie de la placadesde el centro a los bordes de la interfase! "ara comprobar que laconcentracin de o)igeno es alta en los bordes de la interfase gota.placa

donde se favorece la reduccin del mismo, se vierte una gota defenolftalena, con lo cual aparece el color grosella en los bordes de lainterface mencionada por la presencia de O0.*ac+!

%! MEDICIONES DE POTENCIAL

%!1! DESCRIPCIN DEL PROCESO:

Se introdu$o el electrodo de calomel # un metal en el agua potable, cona#uda de un voltmetro se midi la diferencia de potencial entre los

electrodos! "ara ello se usaron P metales diferentes # se obtuvieron lassiguientes mediciones!

Electrodo Diferencia depotencial E

/n .=!P46 >

Kra'to .P= m>

-g .!H= >

Acero al

carbono

.=!1=H >

Cu .H!= m>

Aceroino)idable

.H=!= m>

Vronce .2=!= m>

Al .=!HP= >

Ni .=!= m>

4 CORROSION I


14/16


%!#! REACCIONES QUMICAS

. Celda /nWcalomel

%n el CQFODO se dio la siguiente reaccin

2Hg+2Cl

Hg2Cl2+2e

%n el QNODO se dio la siguiente reaccin

2++2e

ZnZn

. Celda Kra'toWcalomel


2Hg+2Cl

Hg2Cl2+2e


4++4e

CC

. Celda -gWcalomel


2Hg+2Cl

Hg2Cl2+2e


2++2e

MgMg

1 CORROSION I


15/16


. Celda Acero al carbonoWcalomel


2Hg+2Cl

Hg2Cl2+2e


2++2e

FeFe

. Celda CuWcalomel


2Hg+2ClHg2Cl2+2e


2++2e

CuCu

. Celda Acero ino)idableWcalomel


2Hg+2Cl

Hg2Cl2+2e


2++2e

FeFe

. Celda VronceWcalomel


2Hg+2Cl

Hg2Cl2+2e


2++2e

CuCu

2++2e

SnSn

. Celda AlWcalomel


2Hg+2Cl

Hg2Cl2+2e

H CORROSION I


16/16



3++3e

Al Al

. Celda NiWcalomel


2Hg+2Cl

Hg2Cl2+2e


2++2e

%!"! EXPLICACIN

Dado que todos los metales act9an como &nodos en esta e)periencia todos seo)idan mientras la reduccin ocurre en el electrodo de calomel! %l uso de esteelectrodo de referencia permite obtener los potenciales de los metalesrespecto al calomel # #a que el potencial de Este es conocido es f&cil pasar lasmedidas obtenidas a la escala del electrodo de ?idrogeno!

&! BIBLIOGRAFIA:

VrumbXa# R! YAn&lisis CualitativoZ! %ditorial C%CSA! -E)ico D! 5! "&g! L2!

Kon(ale( [! YFeora # practica de la luc?a contra la corrosinZ! %ditorialCenim! -adrid! "&g! P.

Smit?, >an Ness! YIntroduccin a la termodin&mica en ingeniera qumicaZ!%ditorial -c Kra\.0ill! %!G!A! "&g! 4.4!

6 CORROSION I

Lab 1_conceptos Electroquimicos

Documents

Transcript of Lab 1_conceptos Electroquimicos