Corrosion en Materiales

1. Mecanismos y Factores de corrosión
(Corrosion Mechanism and Corrosion Factors)
CORROSIÓN
Catedrático
MARCO ANTONIO ESPINOSA MEDINA

2. 1.1 Definición de corrosión.
1.2 Metales y No Metales.
1.3 Predicción de la corrosión de metales.
1.4 Cinética de corrosión.
1.4.1 Medición de la velocidad de corrosión.
1.4.2 Duración del ensayo de corrosión.

3. El producto formado
de la reacción entre el
metal y el medio
ambiente.
Atmosférico
Agua
Aceites
Químicos
Productos de corrosión
Picaduras
Agrietamiento
Apariencia
Espesor
Propiedades Mecánicas,
térmicas, ópticas, entre otr
Es la interacción entre el material, usualmente
metal y su medio ambiente que resulta en el
deterioro del material en su ambiente.

4. Óxido de aluminio
Óxido de cobre
Óxido de niquel
Óxido de cobalto
Óxido de hierro

5. Dmitri Ivánovich Mendeléyev
1834 - 1907
Conductividad
térmica y
eléctrica
Dúctil
Maleable

6. Los metales pierden electrones en
presencia de los No metales y por
consiguiente se oxidan:
18 elementos
Gaseoso - Cl
Liquido - Br
Sólido – I, S
Ganancia de electrones
O + 2e−
→ O−2
𝐹𝑒 → 𝐹𝑒+2
+ 2e−

7.  TERMODINÁMICA
 CINÉTICA
𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷
Reactivos Productos
Potencial Químico = Energía de Gibbs (G)
∆Go
< 0
1 atm, 298.15 K∆Go
> 0
Espontaneo
No espontaneo
∆Go
= 0Equilibrio

8. ∆𝐺 𝑜
= 𝑛𝑖 ∙ ∆𝐺𝑓 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠
𝑜
− ∆𝐺𝑓 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
𝑜
ni, número de moles de cada especie
Cambios en la energía de Gibbs en reacciones de corrosión
Notar que l,g y s se refiere a la fase en que se encuentra la sustancia

9. a) La energía negativa de Gibbs solo dice la posibilidad de
que una reacción ocurra.
b) El valor negativo de la energía no es una medida de la
velocidad. Muestra lo alejado que se encuentra del
equilibrio.
c) La velocidad de corrosión es muy lenta.

10. Factores internos
Tipo de metal y sus propiedades como
las metalúrgicas (Cristalografía, amorfo,
heterogeneidad), presencia de películas
en la superficie, propiedades mecánicas
(esfuerzos presentes), y tratamientos
térmicos.
Factores externos
Tipo de medio (agua, acido, básico,
salino, suelos, atmosférico, etc.),
temperatura, velocidad de flujo, y otras
(presencia de microorganismos).

11. 𝑘 = (𝑀𝑖 − 𝑀𝑓)/(𝐴 ∙ 𝑡)
k, velocidad de corrosión (g/cm2 K)
Mi, Mf , masa inicial y final (g)
A, área de la muestra (cm2)
t, es el periodo de inmersión de la muestra (h)

12. 𝑘 𝑝 = (𝑘 ∙ 10 ∙ 8760)/𝑑
kp, penetración de la corrosión (mm/año)
k, velocidad de corrosión (g/cm2 K)
d, densidad del metal (g/cm3)
10, conversión (cm a mm)
8760, conversión (h a año)
𝐹𝑒𝑠 + 2𝐻𝐶𝑙 𝑎𝑞 → 𝐹𝑒𝐶𝑙2 𝑎𝑞 + 𝐻2 𝑔
6𝐹𝑒𝑠 + 6𝐻2 𝑂𝑙 + 3𝑂2 𝑔 → 4𝐹𝑒 𝑂𝐻 3 𝑠

13. Forma en que un metal, reacciona con un entorno.
• La corrosión del hierro en la atmósfera de oxígeno a alta temperatura.
La reacción de corrosión puede ser más
complicado y constará de dos y más etapas:
• El hierro entra en contacto con agua o con
ácido clorhídrico.
• Dos metales diferentes, hierro y zinc, en
contacto juntos en agua salada.
• Metal bajo estrés en algún ambiente.

14. Todas las reacciones de corrosión se describen por dos
mecanismos:
 El primer mecanismo (sin la formación de la corriente
eléctrica) se realiza si los metales entran en contacto con
los no electrolitos - sustancias que no conducen la corriente
eléctrica.
 El segundo mecanismo (con la formación de la corriente
eléctrica y potencial) se realiza si los metales entran en
contacto con los electrolitos - sustancias que conducen la
corriente eléctrica.

15. Algunas soluciones como:
Sales, ácidos y álcalis disueltos en
agua y en otros líquidos polares.
Existen iones libres cargados
positiva y negativamente
responsables de conducir la
corriente eléctrica.
 Electrolitos

16.  No electrolitos
No electrolitos son las
sustancias que no se
disocian en iones y no
conducen la corriente
eléctrica que se disuelve
en algún disolvente.
Metales se comportan de una manera diferente (desde un punto de vista
electroquímico) cuando está en contacto con electrolitos y no electrolitos.

17. Existen no electrolitos en forma gaseosa (O2, Cl2), líquido (Br2) y en estado
sólido (azúcar) .
La corrosión (reacción química) se produce en una etapa.
Metales dan sus electrones externos a los no metales y se oxidan en una
reacción:
Rasgo característico de este mecanismo de corrosión es la ausencia de la
corriente eléctrica y el potencial eléctrico en la superficie metálica durante la
corrosión.

18. Fuerzas eléctricas que
surjan entre las moléculas
de agua y átomos
metálicos obligan iones
metálicos a abandonar sus
lugares en el cristal y
avanzar en la solución
como cationes
La superficie de
metal adquiere
potencial.

19. Los electrones (e-) no son capaces de moverse en la solución, y se
quedan en la superficie metálica exterior cerca de la capa límite los
cationes metálicos positivos 'dispuestos en el agua.
La doble capa eléctrica (condensador) formado en la superficie del
metal en el agua.- Electrones; ⊕ - cationes metálicos. Ea -
potencial eléctrico absoluta.
Término sugerido por el
químico físico alemán
Hermann Ludwig Ferdinand
von Helmholtz en 1879.

20. El valor de carga absoluta Qm formado por los electrones que
permanecen en la superficie del metal debe ser igual a las Qs de
carga formadas por cationes metálicos que se formaron en la solución
cerca de la superficie del metal:
Esta carga es proporcional al potencial eléctrico Ea formado en la
doble capa eléctrica:
donde C es el coeficiente de proporcionalidad, o la capacidad de
un condensador.

21. El potencial eléctrico Ea es un potencial eléctrico absoluta formada
sobre la superficie del metal en la solución del electrolito.
Es imposible medir o calcular un potencial eléctrico Ea absoluta.
Todos los 80 metales que se encuentran en la naturaleza tienen sus
propios potenciales eléctricos cuando se sumerge en un electrolito
con los mismos cationes metálicos.
¿cómo podemos diferenciar los metales? Debemos elegir un punto de
referencia relativa para la comparación

22. Los científicos tomaron un pedazo de
platino, lo pusieron en una celda de
vidrio con una solución acuosa de ácido
clorhídrico (HCl) de la concentración de
1 mol / litro. El gas hidrógeno (H2) a
presión 1 atm se introdujo en esta
célula .
La superficie del platino adquiere un cierto potencial eléctrico EH3O + / H2.
Se acepta que el potencial eléctrico EH3O + / H2 es igual a cero a cualquier
temperatura.

23. Este es el electrodo de
hidrógeno estándar de
referencia (SHE).
Si nos conectamos a
cualquier metal sumergido en
una solución electrolítica,
podemos medir y comparar
todos los potenciales
eléctricos absolutos formados
en las superficies de
diferentes metales.
Electrodo de zinc es un ejemplo de electrodo que posea potencial
eléctrico negativo con respecto a la SHE. Pero cobre, plata, oro,
platino y paladio son metales con potenciales eléctricos altos que el
potencial de la SHE.

25. • Potenciales de electrodo negativo
con respecto con respecto a SHE,
significa que no son estables en
soluciones acuosas y son propensos
a la oxidación (corrosión).
• Potenciales de electrodo positivos
significa que son estables en
soluciones acuosas y no son
propensas a la oxidación.

26. Corrosión electroquímica es un proceso que ocurre entre un metal y el medio
ambiente electrolito no en una reacción electroquímica, y la velocidad de
corrosión depende del potencial eléctrico en la superficie de metal.

27. El potencial electico del hierro es menor que el del cobre. El electrodo de hierro
es menos "noble" que el cobre en contacto con uno cuando juntos en una
solución de electrolito. El hierro se oxida o se corroe, según la reacción:
Los electrones liberados en la reacción (1.20) se acumulan en la superficie del
ánodo. Estos electrones buscan un lugar con alto potencial eléctrico, el
electrodo de cobre con el potencial de 0.337 V.
Los electrones acumulados del ánodo de hierro pasan través del galvanómetro
hacia el electrodo de cobre.

28. Luigi Galvani, profesor de Anatomía en Bolonia
(Italia), descubrió en 1780 que cuando un músculo de
una rana disecada toca dos metales diferentes en
contacto, una contracción del músculo se produce.
Alessandro Volta en 1797 a utilizar este fenómeno de
corrosión en la construcción de baterías (generadores de
corrientes eléctricas).
Hoy en día, todo el mundo utiliza los relojes, automóviles,
etc., y nadie piensa que estos bienes comunes funcionan
debido a la corrosión de un metal menos "noble", que entra
en contacto con un metal más "noble" en un electrolito.

29. ¿ Cuantas veces no hemos observado una herramienta de acero al carbón
corroída a pesar de no estar en contacto con ninguna otra pieza de metal o
aleación ? ¿ Por que ocurre esto ?
Si el acero o la aleación están en una atmosfera seca, nada ocurrirá en la
superficie de esta, pero en cuanto un electrolito (solución acuosa, acido, sales,
álcalis) entre en contacto con esta, varios elementos del acero (carburos,
óxidos, hierro, etc.) adquirirán potenciales eléctricos diferentes, por ejemplo en
acido hidroclorhidrico el hierro adquiere un potencial de -0.5 volts y el carburo
de hierro de +0.4 volts, lo que hace una muy buena pila de 0.9 volts

30. Corrosión electroquímica es un proceso que ocurre entre un metal y el medio
ambiente electrolito no en una reacción electroquímica, y la velocidad de
corrosión depende del potencial eléctrico en la superficie de metal.

31. Corrosión electroquímica es un proceso que ocurre entre un metal y el medio
ambiente electrolito no en una reacción electroquímica, y la velocidad de
corrosión depende del potencial eléctrico en la superficie de metal.