Corrosión, pilas de combustible y aplicaciones
La reja de una casa de Cartagena, frente al mar, 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 dejas 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.
Qué tan rápido se corroe
Que una reacción sea espontánea no dice qué tan rápida es. La velocidad media de corrosión es la cantidad de hierro oxidado dividida entre el tiempo: $v = \Delta n/\Delta t$. Aumenta con la humedad, la temperatura y las sales disueltas: por eso el óxido avanza más rápido en la costa del Caribe que en el altiplano.
La corrosión atmosférica del hierro en presencia de aire húmedo tiene lugar mediante la formación de microceldas o pares galvánicos locales sobre la superficie del…
La corrosión atmosférica del hierro en presencia de aire húmedo tiene lugar mediante la formación de microceldas o pares galvánicos locales sobre la superficie del metal. Considerando que el medio acuoso sobre el metal tiene un pH neutro:
- a) Escribe las semirreacciones correspondientes a la zona anódica y a la zona catódica, identificando la especie química que actúa como oxidante y la que actúa como reductora.
- b) Deduce la ecuación química neta del proceso inicial de corrosión y calcula la fuerza electromotriz ideal en las condiciones indicadas de la celda galvánica formada. Datos a $298\,\mathrm{K}$: $E^\circ(\mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe}) = -0{,}44\,\mathrm{V}$; $E(\mathrm{O}_2/\mathrm{OH}^-,\,\mathrm{pH}=7) = +0{,}81\,\mathrm{V}$. Usa el potencial del hierro con actividad unitaria de sus iones y el potencial condicional del oxígeno dado a pH 7; este último no es un potencial estándar de la semirreacción escrita con hidróxido. Desprecia polarización y precipitación al estimar la tensión inicial.
Protección frente a la corrosión
Para proteger láminas de hierro frente a la corrosión ambiental se emplean recubrimientos metálicos como el galvanizado con zinc o los recubrimientos de cobre. Considera…
Para proteger láminas de hierro frente a la corrosión ambiental se emplean recubrimientos metálicos como el galvanizado con zinc o los recubrimientos de cobre. Considera una lámina de hierro galvanizada y otra recubierta con cobre sometidas a un rayón accidental que expone el hierro base al aire húmedo:
- a) Justifica 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) Indica 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 conectarla al cargador se recupera. ¿Cómo logra una corriente externa que la reacción redox "desande el camino"?
La corrosión atmosférica del hierro en presencia de aire húmedo tiene lugar mediante la formación de microceldas o pares galvánicos locales sobre la superficie del…
La corrosión atmosférica del hierro en presencia de aire húmedo tiene lugar mediante la formación de microceldas o pares galvánicos locales sobre la superficie del metal. Considerando que el medio acuoso sobre el metal tiene un pH neutro:
- a) Escribe las semirreacciones correspondientes a la zona anódica y a la zona catódica, identificando la especie química que actúa como oxidante y la que actúa como reductora.
- b) Deduce la ecuación química neta del proceso inicial de corrosión y calcula la fuerza electromotriz ideal en las condiciones indicadas de la celda galvánica formada. Datos a $298\,\mathrm{K}$: $E^\circ(\mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe}) = -0{,}44\,\mathrm{V}$; $E(\mathrm{O}_2/\mathrm{OH}^-,\,\mathrm{pH}=7) = +0{,}81\,\mathrm{V}$. Usa el potencial del hierro con actividad unitaria de sus iones y el potencial condicional del oxígeno dado a pH 7; este último no es un potencial estándar de la semirreacción escrita con hidróxido. Desprecia polarización y precipitación al estimar la tensión inicial.
Pilas de combustible
La corrosión atmosférica del hierro en presencia de aire húmedo tiene lugar mediante la formación de microceldas o pares galvánicos locales sobre la superficie del…
La corrosión atmosférica del hierro en presencia de aire húmedo tiene lugar mediante la formación de microceldas o pares galvánicos locales sobre la superficie del metal. Considerando que el medio acuoso sobre el metal tiene un pH neutro:
- a) Escribe las semirreacciones correspondientes a la zona anódica y a la zona catódica, identificando la especie química que actúa como oxidante y la que actúa como reductora.
- b) Deduce la ecuación química neta del proceso inicial de corrosión y calcula la fuerza electromotriz ideal en las condiciones indicadas de la celda galvánica formada. Datos a $298\,\mathrm{K}$: $E^\circ(\mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe}) = -0{,}44\,\mathrm{V}$; $E(\mathrm{O}_2/\mathrm{OH}^-,\,\mathrm{pH}=7) = +0{,}81\,\mathrm{V}$. Usa el potencial del hierro con actividad unitaria de sus iones y el potencial condicional del oxígeno dado a pH 7; este último no es un potencial estándar de la semirreacción escrita con hidróxido. Desprecia polarización y precipitación al estimar la tensión inicial.
Hidrógeno como vector energético
Para proteger láminas de hierro frente a la corrosión ambiental se emplean recubrimientos metálicos como el galvanizado con zinc o los recubrimientos de cobre. Considera…
Para proteger láminas de hierro frente a la corrosión ambiental se emplean recubrimientos metálicos como el galvanizado con zinc o los recubrimientos de cobre. Considera una lámina de hierro galvanizada y otra recubierta con cobre sometidas a un rayón accidental que expone el hierro base al aire húmedo:
- a) Justifica 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) Indica el mecanismo de protección que actúa en cada caso (protección por barrera o protección catódica de sacrificio).
Vuelve al principio: la reja de Cartagena se oxida porque el hierro forma una pila espontánea con el oxígeno húmedo, y más rápido con la sal del mar. Se la protege con una barrera o, mejor, con un metal que se sacrifique en su lugar, como el zinc.