La corrosión es un proceso destructivo que afecta a numerosos materiales metálicos, pero ¿alguna vez te has preguntado cómo se calcula su velocidad? En este artículo, te expliqué todo lo que necesitas saber sobre este proceso y cómo los expertos estiman su avance. Acompáñanos en este fascinante viaje para descubrir los secretos detrás de la medición de la velocidad de corrosión.
El estudio de la corrosión de los metales se ha centrado en las condiciones de equilibrio y la tendencia a la corrosión de los metales, que se han asociado con los potenciales de electrodo estándar de los metales. Sin embargo, los sistemas corrosivos no están en equilibrio y, por lo tanto, los potenciales termodinámicos no dicen nada sobre la velocidad de las reacciones de corrosión. La cinética de los sistemas corrosivos es muy compleja y no se comprende completamente. Examinemos algunos aspectos básicos de la cinética de la corrosión y veamos cómo podemos calcular la velocidad de corrosión.
Tasa de corrosión uniforme
La cantidad de metal en una solución acuosa que es corroído uniformemente por un ánodo o galvanizado sobre un cátodo en un período de tiempo determinado se puede determinar utilizando la ecuación de Faraday en química general.
¿Sabes?
Michael Faraday (1791–1867) es un científico inglés que realizó experimentos fundamentales sobre la electricidad y el magnetismo. Realizó experimentos para mostrar cómo los iones de un compuesto migraban a electrodos de polaridad opuesta bajo la influencia de una corriente eléctrica aplicada.
La ecuación de Faraday dice esto
Dónde
w = peso del metal en gramos (g), corroído o galvanizado en una solución acuosa en el tiempo t en segundos (s)
I = flujo de corriente en amperios (A)
M = masa atómica del metal, g/mol
n = número de electrones creados o consumidos por átomo
F = Constante de Faraday = 96.500 C/mol o 96.500 A · s/mol
A veces, la corrosión acuosa uniforme del metal se expresa mediante la densidad de corriente I, que a menudo se expresa en amperios por centímetro cuadrado.
Sustituyendo I transforma la ecuación anterior de la siguiente manera
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Dónde
i = densidad de corriente, A/cm2
A = área, (cm2 si se utiliza el centímetro como longitud)
M = masa atómica del metal, g/mol
n = número de electrones creados o consumidos por átomo
F = Constante de Faraday = 96.500 C/mol o 96.500 A · s/mol
Resolvamos un problema de ejemplo de cálculo de la velocidad de corrosión usando la ecuación anterior.
Problema de ejemplo para calcular la velocidad de corrosión
1. Un proceso de galvanoplastia de cobre utiliza 15 A de corriente al disolver (corroer) químicamente un ánodo de cobre y galvanizar un cátodo de cobre. Suponiendo que no hay reacciones secundarias, ¿cuánto tiempo tardan 8,50 g de cobre en corroerse del ánodo?
Respuesta:
El tiempo que tarda el cobre en corroerse desde el ánodo se puede determinar a partir de la ecuación de Fraraday anterior de la siguiente manera
Escribámoslo en forma de t.
En este caso del problema dado tenemos
peso = 8,5 g
norte = 2 para Cu → Cu2+ + 2e−
F = 96.500 A⋅s/mol
M = 63,5 g/mol para Cu
yo = 15 A
t=? (en segundos)
Sustituyendo estos valores en la relación anterior, obtenemos
t = 1722 s
t = 28,7 minutos
2. Un tanque cilíndrico de acero dulce de 1 m de alto y 50 cm de diámetro contiene agua aireada.
60 cm de alto y muestra una pérdida de peso debido a la corrosión de 304 g después de seis semanas.
(a) Calcule la corriente de corrosión.
(b) Calcule la densidad de corriente involucrada en la corrosión del tanque.
Suponga que la superficie interior del tanque está corroída uniformemente y que el acero que contiene se está corroyendo.
como hierro puro.
Respuesta: A
Usaremos la siguiente ecuación reescrita de la ecuación de Faraday anterior para encontrar la corriente de corrosión:
De los datos dados tenemos
peso = 304 gramos
n = 2 para Fe → Fe2+ + 2 mi−
F = 96.500 A⋅s/mol
M = 55,85 g/mol para Fe
t = 6 semanas = 6×7×24×60 = 3,63×106S
Yo = ? A
yo = 0,289 A
Respuesta:b
La densidad de corriente es
Área de la superficie corrosiva del tanque = área de los lados + área del fondo
Área de la superficie del tanque corroído = πDh + πr2
Área de la superficie del tanque corroído = π(50 cm)(60 cm) + π(25 cm)2
Área de superficie del tanque corroído = 9420 cm2 + 1962cm2 = 11.380 centímetros2
Sustituyamos I en la relación anterior.
yo = 0,289 A/11.380 cm2 = 2,53 × 10−5A/cm2
La densidad de corriente es 2,53 × 10−5A/cm2.
En trabajos experimentales de corrosión, la corrosión uniforme de una superficie metálica expuesta a un ambiente corrosivo se mide de varias maneras.
Un método común es medir la pérdida de peso de una muestra expuesta a un determinado ambiente y luego, después de un período de tiempo, expresar la velocidad de corrosión como pérdida de peso por unidad de área de superficie expuesta por unidad de tiempo. Por ejemplo, la corrosión uniforme de la superficie a menudo se expresa como pérdida de peso en miligramos por decímetro cuadrado por día (mdd).
3. La pared de un tanque de acero que contiene agua carbonatada se corroe a una velocidad de 54,7 mdd. ¿Cuánto tiempo tarda el espesor de la pared en disminuir 0,50 mm?
Respuesta:
La tasa de corrosión es de 54,7 mdd, lo que significa que se corroen 54,7 mg de metal por decímetro cuadrado de superficie por día.
Tasa de corrosión en g/(cm2⋅día) = (54,7 × 10−3 gramos) / (100 cm2 ⋅ día) = 54,7×10−4 g/(cm)2⋅día)
La densidad del Fe = 7,87 g/cm3.
División de la velocidad de corrosión en g/(cm2Día) por la densidad da la profundidad de la corrosión por día.
La profundidad de la corrosión por día = (54,7 × 10−4 g/(cm)2⋅día)) / 7,87 g/cm3
La profundidad de la corrosión por día = 0,695 × 10−4 centímetros/día
El número de días necesarios para disminuir 0,50 mm se puede determinar mediante una relación como
x = 719 días
Otro método comúnmente utilizado es expresar la velocidad de corrosión como una pérdida de profundidad del material por unidad de tiempo. Ejemplos de tasas de corrosión en este sistema son milímetros por año (mm/año) y mils (1 mil = 0,001 pulgadas) por año (mil/año). Para una corrosión electroquímica uniforme en ambientes acuosos, la velocidad de corrosión se puede expresar como densidad de corriente.
Resolvamos un ejemplo de este método para calcular la velocidad de corrosión.
4. Una muestra de zinc se corroe uniformemente con una densidad de corriente de 4,27 × 10−7 A/cm2 en una solución acuosa. ¿Cuál es la velocidad de corrosión del zinc en miligramos por decímetro por día? La reacción para la oxidación del zinc es Zn → Zn.2+ +2mi−.
Respuesta:
Para convertir la densidad de corriente a mdd utilizamos la ecuación de Faraday para calcular los miligramos de zinc que se corroerán en un área de 1 dm2/día (mdd).
w = 1,25 mg de zinc, que se corroe en un área de 1 dm2 en 1 dia
o la velocidad de corrosión es de 1,25 mdd
Diploma
Discutimos cómo calcular la velocidad de corrosión usando la ecuación de Faraday y también resolvimos cuatro problemas de ejemplo para calcular la velocidad de corrosión. Háganos saber lo que piensa sobre este artículo en la sección de comentarios a continuación.
La Cinética de la Corrosión: Cómo Calcular la Tasa de Corrosión
El estudio de la corrosión de los metales se ha centrado en condiciones de equilibrio y en la tendencia de los metales a corroerse, lo cual se ha relacionado con los potenciales de electrodo estándar de los metales. Sin embargo, los sistemas de corrosión no están en equilibrio y, por lo tanto, los potenciales termodinámicos no nos indican las tasas de reacción de corrosión. La cinética de los sistemas de corrosión es muy compleja y aún no se comprende completamente. Vamos a examinar algunos aspectos básicos de la cinética de la corrosión y ver cómo podemos calcular la tasa de corrosión.
Tasa de Corrosión Uniforme
La cantidad de metal corroído uniformemente desde un ánodo o electrodepositado en un cátodo en una solución acuosa en un período de tiempo se puede determinar utilizando la ecuación de Faraday de la química general.
¿Sabías qué? Michael Faraday (1791-1867) es un científico inglés que realizó experimentos básicos en electricidad y magnetismo. Realizó experimentos para mostrar cómo los iones de un compuesto migraban bajo la influencia de una corriente eléctrica aplicada hacia electrodos de polaridad opuesta.
La ecuación de Faraday establece que:
$$w = ItM/(nF)$$
Donde:
w = peso del metal en gramos (g) corroído o electrodepositado en una solución acuosa en un tiempo t en segundos (s)
I = flujo de corriente en Amperios (A)
M = masa atómica del metal, g/mol
n = número de electrones/átomo producidos o consumidos en el proceso
F = constante de Faraday = 96,500 C/mol o 96,500 A · s/mol
A veces, la corrosión acuosa uniforme de un metal se expresa en términos de densidad de corriente I, que a menudo se expresa en amperios por centímetro cuadrado.
Reemplazar I con i convierte la ecuación anterior de la siguiente manera:
$$i = ItM/(nFA)$$
Donde:
i = densidad de corriente, A/cm2
A = área, (cm2 si se usa el centímetro para la longitud)
M = masa atómica del metal, g/mol
n = número de electrones/átomo producidos o consumidos en el proceso
F = constante de Faraday = 96,500 C/mol o 96,500 A · s/mol
Resolvamos un ejemplo para calcular la tasa de corrosión utilizando la ecuación anterior.
Ejemplo de Problema para Calcular la Tasa de Corrosión
1. Un proceso de electroplatinado de cobre utiliza 15 A de corriente al disolver químicamente (corrosión) un ánodo de cobre y electrodepositar un cátodo de cobre. Si se asume que no hay reacciones secundarias, ¿cuánto tiempo tomará corroer 8.50 g de cobre desde el ánodo?
Respuesta:
El tiempo para corroer el cobre desde el ánodo se puede determinar a partir de la ecuación de Faraday anterior como sigue:
$$t = (w × n × F)/(ItM)$$
En este caso, a partir del problema dado, tenemos:
w = 8.5 g
n = 2 para Cu → Cu2+ + 2e−
F = 96,500 A⋅s/mol
M = 63.5 g/mol para Cu
I = 15 A
t = ¿? (en segundos)
Sustituyamos estos valores en la relación anterior, obtenemos:
t = 1722 s
t = 28.7 minutos
2. Un tanque cilíndrico de acero al carbono de 1 m de altura y 50 cm de diámetro contiene agua aireada hasta el nivel de 60 cm y muestra una pérdida de peso debido a la corrosión de 304 g después de seis semanas. (a) Calcula la corriente de corrosión (b) Calcula la densidad de corriente involucrada en la corrosión del tanque. Supongamos corrosión uniforme en la superficie interior del tanque y que el acero se corroe de la misma manera que el hierro puro.
Respuesta: a
Utilizaremos la siguiente ecuación reescrita a partir de la ecuación de Faraday anterior para resolver la corriente de corrosión:
$$I = (w × n × F)/(tM)$$
A partir de los datos dados, tenemos:
w = 304 g
n = 2 para Fe → Fe2+ + 2 e−
F = 96,500 A⋅s/mol
M = 55.85 g/mol para Fe
t = 6 semanas = 6×7×24×60 = 3.63×10^6 s
I = ¿? A
I = 0.289 A
Respuesta: b
La densidad de corriente es:
Área de la superficie corroída del tanque = área de los costados + área del fondo
Área de la superficie corroída del tanque = πDh + πr^2
Área de la superficie corroída del tanque = π(50 cm)(60 cm) + π(25 cm)2
Área de la superficie corroída del tanque = 9420 cm2 + 1962 cm2 = 11,380 cm2
Sustituyamos en la relación anterior:
i = 0.289 A / 11,380 cm2 = 2.53 × 10^−5 A/cm2
La densidad de corriente es de 2.53 × 10^−5 A/cm2.
En el trabajo experimental de corrosión, la corrosión uniforme de una superficie de metal expuesta a un ambiente corrosivo se mide de varias formas.
Un método común es medir la pérdida de peso de una muestra expuesta a un ambiente particular y luego, después de un período de tiempo, expresar la tasa de corrosión como una pérdida de peso por unidad de área de la superficie expuesta por unidad de tiempo. Por ejemplo, la corrosión uniforme de una superficie a menudo se expresa como pérdida de peso en miligramos por decímetro cuadrado al día (mdd).
3. Una pared de un tanque de acero está corroída a una tasa de 54.7 mdd. ¿Cuánto tiempo tomará para que el grosor de la pared disminuya en 0.50 mm?
Respuesta:
La tasa de corrosión es de 54.7 mdd, o 54.7 mg de metal se corroe en cada decímetro cuadrado de superficie por día.
Tasa de corrosión en g/(cm2·día) = (54.7 × 10^−3 g) / (100 cm2 × día) = 54.7 × 10^−4 g/(cm2·día)
La densidad del Fe = 7.87 g/cm3.
Dividiendo la tasa de corrosión en g/(cm2·día) por la densidad, obtienes la profundidad de corrosión por día.
Profundidad de corrosión por día = (54.7 × 10^−4 g/(cm2·día)) / 7.87 g/cm3
Profundidad de corrosión por día = 0.695 × 10^−4 cm/día
El número de días requeridos para una disminución de 0.50 mm se puede obtener por una proporción como:
$$x = (0.50 mm) / (0.695 × 10^−4 cm/día)$$
x = 719 días
Otro método comúnmente utilizado es expresar la tasa de corrosión en términos de pérdida de espesor del material por unidad de tiempo. Ejemplos de tasas de corrosión en este sistema son milímetros por año (mm/año) y milésimas de pulgada (1 mil = 0.001 in) por año (mil/año). Para la corrosión electroquímica uniforme en ambientes acuosos, la tasa de corrosión se puede expresar como densidad de corriente.
Resolvamos un ejemplo utilizando este método para calcular la tasa de corrosión.
4. Una muestra de zinc se corroe uniformemente con una densidad de corriente de 4.27 × 10^−7 A/cm2 en una solución acuosa. ¿Cuál es la tasa de corrosión del zinc en miligramos por decímetro cuadrado por día? La reacción para la oxidación del zinc es Zn → Zn2+ + 2e−.
Respuesta:
Para hacer la conversión de la densidad de corriente a mdd, utilizaremos la ecuación de Faraday para calcular los miligramos de zinc que se corroen en un área de 1 dm2/día (mdd).
w = 1.25 mg de zinc corroído en un área de 1 dm2 en 1 día
O la tasa de corrosión es de 1.25 mdd
Conclusión
Hemos discutido cómo calcular la tasa de corrosión utilizando la ecuación de Faraday, y también resolvimos 4 ejemplos de problemas sobre la tasa de corrosión. Cuéntanos qué piensas sobre este artículo en la sección de comentarios a continuación.
Preguntas Frecuentes
- ¿Qué es la cinética de la corrosión?
- ¿Cómo se calcula la tasa de corrosión?
- ¿Qué es la tasa de corrosión uniforme?
- ¿Cómo se expresa la tasa de corrosión uniforme?
- ¿Qué es la densidad de corriente?
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