1. CAMB CAMBIO IO DE DE ENER ENERGI GIA A LIBR LIBRE. E. En termodinámica, la energía libre de Gibbs (o energía libre) es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes).
El conoci conocimie miento nto de del del cambio cambio de energ energía ía libre, libre, nos ayuda ayuda a compre comprende nderr lo siguie siguiente nte;; Supong Supongam amos os que que nos encont encontram ramos os ante ante el prob proble lema ma de deci decidi dirr si un dete determ rmin inad ado o meta metall será será adec adecua uado do como como material de construcción o de fabricación en un ambiente dado. El criterio real para tomar una decisión acerca de la estabilidad de un recipiente de hierro, será la magnitud de su velocidad de disolución; si posee una velo veloci cida dad d
de corr corros osió ión n
desp despre reci ciab able le y
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resi resist sten enc cia mecá mecáni nica ca
suficiente, será adecuada para dicho fin.
Podemos utilizar la relación entre la variación de energía libre y el potencial de equilibrio para obtener los cambios de energía libre y de las reacciones de deselectrolización y de electrolización.
La suma de los dos cambios de energía libre del proceso da la variación total de energía libre del proceso de corrosión. Si este cambio total de energía libre es negativo, la corrosión del metal tendrá lugar espont espontáne áneam ament ente e por despre desprendi ndimie miento nto de hidróg hidrógeno eno y reducc reducción ión de oxígeno, como reacciones de electrolización.
2. CELD CELDA A ELECT ELECTRO ROQU QUIM IMIC ICA. A. La celda electroquímica es un dispositivo experimental para generar elec electr tric icid idad ad medi median ante te una una reac reacci ción ón redo redox x espo espont ntán ánea ea en dond donde e la sustancia oxidante está separada de la reductora de manera que los
electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora hacia la oxidante.
En una celda el agente reductor pierde electrones por tanto se oxida. El electrodo en donde se verifica la oxidación se llama ánodo. En el otro electrodo la sustancia oxidante gana electrones y por tanto se reduce. El electrodo en que se verifica la reducción se llama cátodo.
3. FUERZA ELECTROMOTRIZ. Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.
Pilas o baterías son las fuentes de FEM más conocidas del gran público. Generan energía eléctrica por medios químicos. Las más comunes y corrientes son las de carbón-zinc y las alcalinas, que cuando se agotan no admiten recarga. Las hay también de níquel-cadmio (NiCd), de níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y de ión de litio (Li-ion), recargables. En los automóviles se utilizan baterías de plomo-ácido, que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua destilada.
4.
LEY NERNST: Nernst propone el siguiente enunciado del tercer principio,
denominado también Teorema del calor:
“La variación de entropía a lo largo de un proceso isotermo entre dos estados, ambos en equilibrio interno estable, se anula en el límite del cero absoluto de temperatura”
La tercera ley indica que la entropía de una sustancia pura y cristalina en el cero absoluto es nula. Por consiguiente, la tercera ley provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta.
Un caso especial se produce en los sistemas con un único estado fundamental, como una estructura cristalina. La entropía de un cristal perfecto definida por el teorema de Nernst es cero (dado que el log(1) = 0). Sin embargo, esto desestima el hecho de que los cristales reales deben crecer en una temperatura finita y poseer una concentración de equilibrio por defecto. Cuando se enfrían generalmente son incapaces de alcanzar la perfección completa. Esto, por supuesto, se mantiene en la línea de que la entropía tiende siempre a aumentar dado que ningún proceso real es reversible.
Otra aplicación de la tercera ley es con respecto al momento magnético de un material. Los metales paramagnéticos (con un momento aleatorio) se ordenarán a medida de que la temperatura se acerque a 0 K. Se podrían ordenar de manera ferromagnética (todos los momentos paralelos los unos a los otros) o de manera antiferromagnética.
5.
LEY DE FARADAY:
La Ley de Faraday relaciona el peso de metal perdido en una celda de corrosión, con el tiempo y la corriente. La ley está expresada por la siguiente fórmula: Wt = KIT = kg
Donde Wt = peso perdido, Kg. K = equivalente electroquímica, Kg. /Amp-año I = Amps T = años
La Ley de Faraday también es muy útil para determinar la vida útil estimada de los ánodos de protección catódica. Sabiendo cuál es el material anódico y el drenaje anticipado para un año, puede calcularse la expectativa de vida útil de un ánodo.
En un campo magnético variable con el tiempo, se induce una f.e.m. en cualquier circuito cerrado que es igual a menos la derivada respecto al tiempo del flujo del campo magnético a través del circuito. En otras palabras, establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa.
6. CELDAS GALVANICAS: Una celda galvánica es un sistema que permite obtener energía a partir de una reacción química de óxido-reducción. Dicha reacción es la resultante de 2 reacciones parciales (semi reacciones) en las cuales un elemento químico es elevado a un estado de oxidación superior (semi reacción de oxidación), a la vez que otro elemento es reducido a un estado de oxidación inferior (semi reacción de reducción). Estos cambios de estado de oxidación implican transferencia de electrones del elemento que se oxida al elemento que se reduce.
El diseño constructivo en una pila determina que cada una de estas 2 semi reacciones ocurra en “compartimentos” independientes llamados
hemiceldas. El medio que posibilita el transporte interno de carga eléctrica entre ambos compartimentos es una sustancia conductora llamada electrolito. A su vez, cada semi – celda está constituida por un electrodo metálico y una solución de una de las sales del metal.
7. CELDA DE REFERENCIA: Una celda de referencia es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o cátodo y el otro es el polo negativo o ánodo.
La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito.
8. POLARIZACION: La polarización es la modificación del potencial a circuito abierto de un electrodo, como resultado del pasaje de corriente. Hay dos tipos principales de polarización.
Polarización por Concentración: relacionada con la cantidad de determinados iones cercanos a la superficie de un ánodo o un cátodo.
Polarización de Activación: relacionada con la energía requerida por la reacción de oxidación o reducción.
9. CELDA POLARIZADA: Es el terminal negativo de una celda voltaica el que tiende a disolverse en el electrolito y el que normalmente proporciona la mayor parte de la energía al consumirse. La polarización se produce por varias causas: una de ellas es la producción de hidrógeno gas en el cátodo a partir de H+, formando una capa gaseosa de elevada resistencia óhmica, para evitarlo se emplean sustancias sólidas o gaseosas (el mismo aire), que, secuestrando el hidrógeno, vuelvan a formar moléculas de agua y mantengan despejado el electrodo.
10.ECUACION DE TAFEL: La ecuación de Tafel es fundamental en los estudios de corrosión, y relaciona el sobre potencial con la densidad de corriente:
n = a+b Log i Donde: n es el sobre potencial, i es la densidad de corriente y a y b son constantes empíricas.
Se puede aseverar la importancia que tiene la ley de Tafel en la ciencia e ingeniería de la corrosión. Además de su base en la teoría de la polarización electroquímica,
encuentra amplias aplicaciones en la
interpretación de las curvas de polarización, la determinación de la velocidad de la corrosión por métodos lineales de polarización e impedancia, la medición de la eficacia de los inhibidores de corrosión y así mismo, en la interpretación de una gran variedad de fenómenos electroquímicos.
11.INFLUENCIA DE LA POLARIZACION SOBRE LA VELOCIDAD DE CORROSION: Para entender la corrosión y la protección catódica, es necesario tener conocimiento
de
los
fundamentos
de
electricidad,
química
y
electroquímica.
A medida que la corriente circula a lo largo de un período de tiempo, hay polarización tanto en el ánodo como en el cátodo. La polarización disminuye la diferencia de potencial entre las superficies anódica y catódica, causando una reducción en la corriente de corrosión y en la velocidad de corrosión.
12.
CONCEPTO DE PASIVIDAD:
Como pasividad se define una condición de resistencia a la corrosión debido a la formación de películas superficiales delgadas sobre el metal, el cual queda protegido de los agentes químicos agresivos que lo rodean por esta película. Esta capa en lo general está formada por óxidos del mismo metal, para su formación es necesario que exista humedad; si ésta no está presente el metal sufrirá corrosión.
También La pasividad es la resistencia natural que poseen los aceros para combatir la corrosión, y se define como el estado en el que un metal o una aleación pierden su reactividad química y se transforman en inerte.
Un metal activo en la serie electroquímica o una aleación compuesta por metales de tal clase, se considera pasivo cuando su comportamiento electroquímico llega a ser el de un metal apreciablemente menos activo o metal noble.
Un metal o aleación es pasivo si resiste sustancialmente a la corrosión en un medio donde termodinámicamente hay una gran disminución de energía libre asociada con su paso desde el estado metálico a los apropiados productos de corrosión.
13.CARACTERISTICAS DE PASIVIDAD: Es activo en la serie electroquímica. Corroe a velocidad muy pequeña el material. Tiene la propiedad fundamental de la resistencia útil y natural a la corrosión de muchos metales estructurales.
14.
TEORÍAS DE LA PASIVIDAD:
Con respecto a la naturaleza de la película pasiva se manifiestan por lo común dos puntos de vista. El primero mantiene que la película pasiva , es siempre una barrera de difusión formada por una capa de productos de reacción, por ejemplo, un óxido metálico u otro compuesto que separa al metal de su medio y reduce la velocidad de corrosión. A esta teoría también se la asigna algunas veces la denominación de “teoría de la película de óxido”.
El segundo mantiene que los metales pasivos según la definición están cubiertos por una película quimisorbida, por ejemplo, de O2 o iones pasivantes. Esta capa desplaza las moléculas de H 20 adsorbidas y reduce la velocidad de disolución anódica que implica la hidratación de los iones del metal. O expresado de otra manera, la especie adsorbida disminuye la densidad de corriente de intercambio (incrementa la sobretensión anódica) correspondiente a la reacción. Aun menos de una mono capa sobre la superficie puede tener efecto pasivamente; de aquí se deduce que la película no puede actuar en primer lugar como una capa barrera de
difusión. Este segundo punto de vista es llamado «teoría de la pasivación por adsorción». La teoría de adsorción, por otra parte, obtiene apoyo del hecho de que la mayor parte de los metales comprendidos en la definición son metales de transición de la tabla periódica, esto es, cuyos átomos contienen la subcapa “d” sin saturar o con electrones no apareados. Los electrones no apareados son los responsables de la formación de fuertes enlaces con componentes del medio agresivo, en especial con O2, que también contiene electrones sin aparear.
Parafraseando 1) la teoría de la película de óxido,. En la teoría de la película de óxido, la película de pasivación es siempre una capa que actúa como barrera de difusión de productos de reacción (Ej. óxidos metálicos u otros compuestos) separando el metal de su entorno y que disminuye la velocidad de reacción. 2) la teoría de adsorción se cree que los metales pasivados están cubiertos por una película quimi adsorbida de oxígeno. Se supone que tal capa desplaza las moléculas de H2O adsorbidas normalmente y reduce la velocidad de disolución anódica, involucrando la hidratación de los iones metálicos. Las dos teorías tienen en común que se forma una película protectora en la superficie del metal, de modo que el estado pasivo que resulta redundante en un aumento de la resistencia frente a la corrosión.
BIBLIOGRAFIA 1.
Chang, Raymond: Química. -- México: McGraw-Hill, 1999.
2.
Fundamentos de ciencia de los Materiales. Tomo II. Autor: Carlos Ferrer Giménez. ISBN: 8477219567.
3.
Ciencia de los materiales. Autor: Morales Güeto Juan. ISBN: 978-84-7721-956-9 Editorial UPV.
4.
Metal Samples Corrosión Monitoring Systems.
5. Corrosion Data Survey, N.A.C.E., Houston (1967)
INTRODUCCION. El presente informe amplia los conocimientos teóricos que se imparten en la cátedra, mediante la investigación bibliográfica de este tema.
Se pretende con ello enfocar varios puntos de vistas sobre un tema que es suma importancia dentro de la carrera de mantenimiento, en vista de los efectos indeseables que la corrosión deja en equipos, maquinarias y estructuras. Se desglosaran diversos tópicos los cuales nos ayudaran a realzar el conocimiento que hasta ahora hemos aprendido, las posibles soluciones a este fenómeno natural de los materiales.
El trabajo consta de un desarrollo el cual como fue indicado ha sido redactado mediante la investigación en textos.
REPULICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO PARA EL PODER POPULAR DE LA EDUCACION INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO” CIUDAD OJEDA – EDO ZULIA
ELABORADO POR: ZABALA JIMMY 14.951.068 INGENIERIA DE MANTENIMIENTO MECANICO
CONCLUSION. El proceso de corrosión debe ser visto como un hecho que pone en evidencia el proceso natural que ello conlleva al deterioro del mismo. No obstante es este proceso el que provoca la investigación y el planteamiento de formulas que permitan alargar la vida útil de los materiales sometidos a este proceso.
Luego de haber leído varios textos de consulta con relación a este tema, podemos decir que; existen diversos tópicos dentro de lo que es el proceso de la corrosión, aunado a esto es importante resaltar lo siguiente el conocimiento de los cambios de energía libre del proceso da la variación total de energía libre del proceso de corrosión. Si este cambio total de energía libre es negativo, la corrosión del metal tendrá lugar espontáneamente.
Por otra parte, a medida que la corriente circula a lo largo de un período de tiempo, hay polarización tanto en el ánodo como en el cátodo. La polarización disminuye la diferencia de potencial entre las superficies anódica y catódica, causando una reducción en la corriente de corrosión y en la velocidad de corrosión.
Ya para finalizar, la pasividad nos ayuda a entender que mecanismo natural existen en los materiales para resistirse o combatir a la corrosión, ya que se define como el estado en el que un metal o una aleación pierden su reactividad química.
