Corrosión, pilas de combustible y aplicaciones
Una reja de una casa de Mar del Plata se llena de óxido al cabo de unos años, aunque nadie le conecte nada. No hace falta un circuito visible para que ocurra una reacción redox espontánea. La corrosión es, en el fondo, una pila microscópica que el propio metal arma en contacto con el aire húmedo. ¿Cómo se frena? ¿Y cómo se aprovecha esa misma química para generar electricidad?
La corrosión como pila espontánea
Si dejás una gota de agua sobre una lámina de hierro pulido, el óxido aparece en el centro de la gota y no en el borde, donde llega más oxígeno. En una zona el hierro se oxida (ánodo) y en otra se reduce el oxígeno disuelto (cátodo). Los electrones viajan por el mismo metal.
Protección frente a la corrosión
Para proteger láminas de hierro frente a la corrosión ambiental se emplean recubrimientos metálicos como el galvanizado con cinc o los recubrimientos de cobre. Considerá…
Para proteger láminas de hierro frente a la corrosión ambiental se emplean recubrimientos metálicos como el galvanizado con cinc o los recubrimientos de cobre. Considerá una lámina de hierro galvanizada y otra recubierta con cobre sometidas a una raya accidental que expone el hierro base al aire húmedo:
- a) Justificá cuál de los dos metales en contacto se oxidará preferentemente en la zona rayada de cada pieza a partir de los potenciales estándar: $E^\circ(\mathrm{Zn}^{2+}/\mathrm{Zn}) = -0{,}76\,\mathrm{V}$; $E^\circ(\mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe}) = -0{,}44\,\mathrm{V}$; $E^\circ(\mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu}) = +0{,}34\,\mathrm{V}$.
- b) Indicá el mecanismo de protección que actúa en cada caso (protección por barrera o protección catódica de sacrificio).
Baterías: descarga y recarga
La batería de tu celular entrega energía durante horas mientras se agota su carga química, y al enchufarla se recupera. ¿Cómo logra una corriente externa que la reacción redox "desande el camino"?
Pilas de combustible
Hidrógeno como vector energético
Se analiza la huella de carbono asociada al uso de hidrógeno como vector energético para alimentar un colectivo (autobús) con pila de combustible que genera…
Se analiza la huella de carbono asociada al uso de hidrógeno como vector energético para alimentar un colectivo (autobús) con pila de combustible que genera $1{,}00\,\mathrm{kWh}$ de energía eléctrica. La pila opera con un rendimiento eléctrico del $60{,}0\%$ respecto al poder calorífico superior del hidrógeno ($\Delta H^\circ = -285{,}8\,\mathrm{kJ}\cdot\mathrm{mol}^{-1}$ de $\mathrm{H}_2$, equivalente a $39{,}7\,\mathrm{kWh}\cdot\mathrm{kg}^{-1}$ de $\mathrm{H}_2$):
- a) Calculá la masa de $\mathrm{H}_2$ en gramos consumida por la pila para producir $1{,}00\,\mathrm{kWh}$ eléctrico útil.
- b) Si el hidrógeno es "gris", obtenido por reformado con vapor de gas natural ($\mathrm{CH}_4 + 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{CO}_2 + 4\,\mathrm{H}_2$) con una emisión de $10{,}0\,\mathrm{kg}$ de $\mathrm{CO}_2$ por cada kilogramo de $\mathrm{H}_2$ producido en planta, determiná la masa de $\mathrm{CO}_2$ en gramos emitida por cada $\mathrm{kWh}$ eléctrico generado. Compará cualitativamente este valor frente al uso de hidrógeno "verde" obtenido por electrólisis alimentada con energía solar fotovoltaica. Distinguí emisiones directas de operación y emisiones del ciclo de vida; sin un factor de emisiones de fabricación y suministro no puede asignarse al hidrógeno verde una huella total numérica ni afirmarse que sea nula.
Volvé al principio: la reja se oxida porque el hierro forma una pila espontánea con el oxígeno húmedo. Se la protege con una barrera o, mejor, con un metal que se sacrifique en su lugar, como el cinc.