La corrosión galvánica (también llamada corrosión bimetálica o corrosión de metales diferentes ) es un proceso electroquímico en el que un metal se corroe preferentemente cuando está en contacto eléctrico con otro, en presencia de un electrolito . Se aprovecha una reacción galvánica similar en las celdas primarias para generar un voltaje eléctrico útil para alimentar dispositivos portátiles.
Resumen [ editar ]
Los metales y aleaciones diferentes tienen potenciales de electrodo diferentes , y cuando dos o más entran en contacto en un electrolito, un metal (que es más reactivo ) actúa como ánodo y el otro (que es menos reactivo ) como cátodo . La diferencia de potencial eléctrico entre las reacciones en los dos electrodos es la fuerza impulsora de un ataque acelerado sobre el metal del ánodo, que se disuelve en el electrolito. Esto hace que el metal en el ánodo se corroa más rápidamente de lo que lo haría de otra manera y se inhibe la corrosión en el cátodo. La presencia de un electrolito y una ruta de conducción eléctrica entre los metales es esencial para que se produzca la corrosión galvánica. El electrolito proporciona un medio para el ion migración mediante la cual los iones se mueven para evitar la acumulación de carga que de otro modo detendría la reacción. Si el electrolito contiene solo iones metálicos que no se reducen fácilmente (como Na + , Ca 2+ , K + , Mg 2+ o Zn 2+ ), la reacción del cátodo es la reducción de H + disuelto a H 2 u O 2 a OH - . [1] [2] [3] [4]
En algunos casos, este tipo de reacción se fomenta intencionalmente. Por ejemplo, las baterías domésticas de bajo costo generalmente contienen celdas de carbono y zinc . Como parte de un circuito cerrado (la vía de los electrones), el zinc dentro de la celda se corroerá preferentemente (la vía de los iones) como parte esencial de la batería que produce electricidad. Otro ejemplo es la protección catódica de estructuras enterradas o sumergidas, así como tanques de almacenamiento de agua caliente . En este caso, los ánodos de sacrificio funcionan como parte de un par galvánico, promoviendo la corrosión del ánodo, mientras protegen el metal del cátodo.
En otros casos, como los metales mezclados en las tuberías (por ejemplo, cobre, hierro fundido y otros metales fundidos), la corrosión galvánica contribuirá a la corrosión acelerada de partes del sistema. Se pueden inyectar inhibidores de corrosión como nitrito de sodio o molibdato de sodio en estos sistemas para reducir el potencial galvánico. Sin embargo, la aplicación de estos inhibidores de corrosión debe controlarse de cerca. Si la aplicación de inhibidores de la corrosión aumenta la conductividad del agua dentro del sistema, el potencial de corrosión galvánica puede aumentar considerablemente.
La acidez o alcalinidad ( pH ) también es una consideración importante con respecto a los sistemas de circulación bimetálicos de circuito cerrado. Si las dosis de inhibición de la corrosión y el pH son incorrectas, la corrosión galvánica se acelerará. En la mayoría de los sistemas HVAC , el uso de cátodos y ánodos sacrificatorios no es una opción, ya que tendrían que aplicarse dentro de las tuberías del sistema y, con el tiempo, se corroerían y liberarían partículas que podrían causar daños mecánicos potenciales a las bombas de circulación. intercambiadores de calor, etc. [5]
Ejemplos de corrosión [ editar ]
Un ejemplo común de corrosión galvánica ocurre en el hierro galvanizado , una hoja de hierro o acero cubierta con un revestimiento de zinc. Incluso cuando se rompe el revestimiento protector de zinc , el acero subyacente no es atacado. En cambio, el zinc se corroe porque es menos "noble"; sólo después de que se haya consumido puede producirse la oxidación del metal base. Por el contrario, con una lata de estaño convencional , se produce lo contrario de un efecto protector: debido a que el estaño es más noble que el acero subyacente, cuando se rompe el revestimiento de estaño, el acero de abajo es inmediatamente atacado de forma preferente.
Estatua de la Libertad [ editar ]
Un ejemplo espectacular de corrosión galvánica ocurrió en la Estatua de la Libertad cuando los controles de mantenimiento regulares en la década de 1980 revelaron que se había producido corrosión entre la piel exterior de cobre y la estructura de soporte de hierro forjado . Aunque el problema se anticipó cuando la estructura fue construida por Gustave Eiffel según el diseño de Frédéric Bartholdi en la década de 1880, la capa aislante de goma laca entre los dos metales había fallado con el tiempo y resultó en la oxidación de los soportes de hierro. Se llevó a cabo una extensa renovación que requirió el desmontaje completo de la estatua y el reemplazo del aislamiento original con PTFE.. La estructura estaba lejos de ser insegura debido a la gran cantidad de conexiones no afectadas, pero se consideró como una medida de precaución para preservar un símbolo nacional de los Estados Unidos. [6]
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En el siglo XVII, Samuel Pepys [ vago ] (entonces secretario del Almirantazgo ) acordó retirar el revestimiento de plomo de los buques de la Royal Navy inglesa para evitar la misteriosa desintegración de sus timones y cabezas de perno, aunque se confesó desconcertado porque a la razón por la que el plomo causó la corrosión. [7]
El problema se repitió cuando los barcos se enfundaban en cobre para reducir la acumulación de malezas marinas y protegerlos contra el gusano de barco . En un experimento, la Royal Navy en 1761 había intentado equipar el casco de la fragata HMS Alarm con un revestimiento de cobre de 12 onzas. A su regreso de un viaje a las Indias Occidentales, se descubrió que aunque el cobre permanecía en buenas condiciones y de hecho había disuadido a los gusanos de barco, también se había desprendido del casco de madera en muchos lugares porque los clavos de hierro utilizados durante su instalación "fueron encontrado disuelto en una especie de pasta oxidada ". [8]Sin embargo, para sorpresa de los equipos de inspección, algunos de los clavos de hierro estaban prácticamente intactos. Una inspección más cercana reveló que el papel marrón resistente al agua atrapado debajo de la cabeza del clavo había protegido inadvertidamente algunos de los clavos: "Donde esta cubierta era perfecta, el hierro se preservó de daños". El revestimiento de cobre se había entregado al astillero envuelto en el papel que no siempre se retiraba antes de clavar las láminas en el casco. Por tanto, la conclusión que se informó al Almirantazgo en 1763 fue que no se debería permitir el contacto directo del hierro con el cobre en el agua de mar. [9] [10]
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Se ha informado de una corrosión galvánica grave en el último buque de combate litoral de ataque de la Marina de los EE. UU., El USS Independence, causada por sistemas de propulsión de chorro de agua de acero unidos a un casco de aluminio. Sin aislamiento eléctrico entre el acero y el aluminio, el casco de aluminio actúa como un ánodo del acero inoxidable, lo que resulta en una agresiva corrosión galvánica. [11]
Accesorios de iluminación corrosivos [ editar ]
La caída inesperada en 2011 de una lámpara pesada del techo del túnel vehicular Big Dig en Boston reveló que la corrosión había debilitado su soporte. El uso inadecuado del aluminio en contacto con el acero inoxidable había provocado una rápida corrosión en presencia de agua salada. [12] La diferencia de potencial electroquímico entre el acero inoxidable y el aluminio está en el rango de 0.5 a 1.0 V, dependiendo de las aleaciones exactas involucradas, y puede causar una corrosión considerable en meses bajo condiciones desfavorables. Deberían reemplazarse miles de luces averiadas, a un costo estimado de 54 millones de dólares. [13]
Celda de lasaña [ editar ]
Una " célula de lasaña " se produce accidentalmente cuando se almacenan alimentos húmedos y salados como lasaña en una bandeja de acero para hornear y se cubren con papel de aluminio. Después de unas horas, el papel de aluminio desarrolla pequeños agujeros donde toca la lasaña, y la superficie del alimento se cubre con pequeñas manchas compuestas de aluminio corroído. [14]En este ejemplo, la comida salada (lasaña) es el electrolito, el papel de aluminio es el ánodo y la sartén de acero es el cátodo. Si el papel de aluminio toca el electrolito solo en áreas pequeñas, la corrosión galvánica se concentra y la corrosión puede ocurrir con bastante rapidez. Si el papel de aluminio no se usó con un recipiente de metal diferente, la reacción probablemente fue química. Es posible que altas concentraciones de sal, vinagre o algunos otros compuestos ácidos hagan que la lámina se desintegre. El producto de cualquiera de estas reacciones es una sal de aluminio. No daña los alimentos, pero cualquier depósito puede impartir un sabor y color no deseados. [15]
Limpieza electrolítica [ editar ]
La técnica común de limpiar los cubiertos mediante la inmersión de la plata o plata esterlina (o incluso solo objetos plateados) y un trozo de aluminio (se prefiere el papel de aluminio debido a su área de superficie mucho mayor que la de los lingotes, aunque si el papel tiene un " cara "antiadherente", esto debe eliminarse con lana de acero primero) en un baño electrolítico caliente (generalmente compuesto de agua y bicarbonato de sodio, es decir, bicarbonato de sodio doméstico) es un ejemplo de corrosión galvánica. La plata se oscurece y se corroe en presencia de moléculas de azufre en el aire, y el cobre en la plata esterlina se corroe en una variedad de condiciones. Estas capas de corrosión se pueden eliminar en gran medida mediante la reducción electroquímica de moléculas de sulfuro de plata: la presencia de aluminio (que es menos noble que la plata o el cobre) en el baño de bicarbonato de sodio quita los átomos de azufre del sulfuro de plata y los transfiere a y por lo tanto corroe el trozo de papel de aluminio (un metal mucho más reactivo), dejando atrás la plata elemental. No se pierde plata en el proceso. [dieciséis]
Prevención de la corrosión galvánica [ editar ]
Hay varias formas de reducir y prevenir esta forma de corrosión.
- Aísle eléctricamente los dos metales entre sí. Si no están en contacto eléctrico, no se producirá ningún acoplamiento galvánico. Esto se puede lograr utilizando materiales no conductores entre metales de diferente potencial eléctrico. La tubería se puede aislar con un carrete de tubería hecha de materiales plásticos o de material metálico revestido o revestido internamente. Es importante que el carrete tenga la longitud suficiente para que sea eficaz. Por razones de seguridad, esto no debe intentarse cuando un sistema de conexión a tierra eléctrica utiliza la tubería para su conexión a tierra o tiene conexión equipotencial .
- Los botes de metal conectados a una línea de alimentación de energía eléctrica de la costa normalmente tendrán que tener el casco conectado a tierra por razones de seguridad. Sin embargo, es probable que el extremo de esa conexión a tierra sea una varilla de cobre enterrada dentro del puerto deportivo, lo que da como resultado una "batería" de acero y cobre de aproximadamente 0,5 V. Para tales casos, el uso de un aislador galvánico es esencial, por lo general dos diodos semiconductores. en serie, en paralelo con dos diodos que conducen en sentido opuesto (antiparalelo). Esto evita cualquier corriente mientras la tensión aplicada sea inferior a 1,4 V (es decir, 0,7 V por diodo), pero permite una corriente completa en caso de una falla eléctrica. Seguirá habiendo una pequeña fuga de corriente a través de los diodos, lo que puede resultar en una corrosión un poco más rápida de lo normal.
- Asegúrese de que no haya contacto con un electrolito. Esto se puede hacer usando compuestos repelentes al agua, como grasas, o recubriendo los metales con una capa protectora impermeable, como una pintura, barniz o plástico adecuados. Si no es posible recubrir ambos, el recubrimiento debe aplicarse al más noble, el material con mayor potencial. Esto es aconsejable porque si el recubrimiento se aplica solo sobre el material más activo, en caso de daño al recubrimiento, habrá un área de cátodo grande y un área de ánodo muy pequeña, y para el área anódica expuesta, la tasa de corrosión será correspondientemente alta. .
- El uso de pasta antioxidante es beneficioso para prevenir la corrosión entre las conexiones eléctricas de cobre y aluminio. La pasta consiste en un metal de menor nobleza que el aluminio o el cobre.
- Elija metales que tengan electropotenciales similares. Cuanto más coincidan los potenciales individuales, menor será la diferencia de potencial y, por lo tanto, menor será la corriente galvánica. Usar el mismo metal para todas las construcciones es la forma más fácil de hacer coincidir los potenciales.
- La galvanoplastia u otro revestimiento también pueden ayudar. Esto tiende a utilizar metales más nobles que resisten mejor la corrosión. Se pueden utilizar cromo , níquel , plata y oro . La galvanización con zinc protege el metal base de acero mediante la acción anódica de sacrificio.
- La protección catódica utiliza uno o más ánodos de sacrificio hechos de un metal que es más activo que el metal protegido. Las aleaciones de metales comúnmente utilizadas para ánodos de sacrificio incluyen zinc, magnesio y aluminio . Este enfoque es común en calentadores de agua y muchas estructuras metálicas enterradas o sumergidas.
- La protección catódica también se puede aplicar conectando una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua (CC) para oponerse a la corriente galvánica corrosiva. (Ver protección catódica § CP actual impresa .)
Serie galvánica [ editar ]
Todos los metales se pueden clasificar en una serie galvánica que representa el potencial eléctrico que desarrollan en un electrolito dado frente a un electrodo de referencia estándar. La posición relativa de dos metales en una serie de este tipo da una buena indicación de qué metal es más probable que se corroa más rápidamente. Sin embargo, otros factores, como la aireación del agua y la velocidad de flujo, pueden influir notablemente en la velocidad del proceso.
Índice anódico [ editar ]
La compatibilidad de dos metales diferentes puede predecirse considerando su índice anódico. Este parámetro es una medida del voltaje electroquímico que se desarrollará entre el metal y el oro. Para encontrar el voltaje relativo de un par de metales solo se requiere restar sus índices anódicos. [17]
Para reducir la corrosión galvánica de los metales almacenados en entornos normales, como el almacenamiento en almacenes o entornos sin control de temperatura y humedad, no debe haber más de 0,25 V de diferencia en el índice anódico de los dos metales en contacto. Para entornos controlados en los que se controlan la temperatura y la humedad, se pueden tolerar 0,50 V. Para entornos hostiles como exteriores, alta humedad y entornos salados, no debe haber más de 0,15 V de diferencia en el índice anódico. Por ejemplo: el oro y la plata tienen una diferencia de 0,15 V, por lo que los dos metales no experimentarán una corrosión significativa incluso en un entorno hostil. [18] [ página necesaria ]
Cuando las consideraciones de diseño requieren que entren en contacto metales diferentes, la diferencia en el índice anódico a menudo se gestiona mediante acabados y enchapado. El acabado y el enchapado seleccionados permiten que los materiales diferentes estén en contacto, al tiempo que protegen los materiales más básicos de la corrosión de los más nobles. [18] [ página necesaria ] Siempre será el metal con el índice anódico más negativo el que finalmente sufrirá corrosión cuando esté en juego la incompatibilidad galvánica. Esta es la razón por la que las vajillas de plata esterlina y acero inoxidable nunca deben colocarse juntas en un lavaplatos al mismo tiempo, ya que es probable que las piezas de acero experimenten corrosión al final del ciclo (el agua y el jabón han servido como electrolito químico y el calor aceleró el proceso).
| Metal | Índice (V) |
|---|---|
| Más catódico | |
| Oro , macizo y chapado ; aleación de oro y platino | −0,00 |
| Chapado en rodio sobre cobre chapado en plata | −0,05 |
| Plata , maciza o chapada; monel metal; altas aleaciones de níquel-cobre | −0,15 |
| Níquel , macizo o chapado; titanio y sus aleaciones; monel | −0,30 |
| Cobre , macizo o chapado; latones bajos o bronces; soldadura de plata; Aleaciones alemanas plateadas con alto contenido de cobre y níquel; aleaciones de níquel-cromo | −0,35 |
| Latones y bronces | −0,40 |
| Latones y bronces altos | −0,45 |
| Aceros resistentes a la corrosión con un 18% de cromo | −0,50 |
| El cromo plateado; estañado; Aceros resistentes a la corrosión al 12% de cromo | −0,60 |
| Hojalata ; soldadura de estaño-plomo | −0,65 |
| Plomo , macizo o chapado; aleaciones con alto contenido de plomo | −0,70 |
| Aluminio forjado serie 2000 | −0,75 |
| Hierro , forjado, gris o maleable ; aceros de baja aleación y simples al carbono | −0,85 |
| Aluminio, aleaciones forjadas distintas del aluminio de la serie 2000, aleaciones fundidas del tipo silicio | −0,90 |
| Aluminio, aleaciones de fundición (distintas del tipo de silicio); cadmio , plateado y cromato | −0,95 |
| Placa de zinc por inmersión en caliente ; acero galvanizado | −1,20 |
| Zinc, forjado; aleaciones de fundición a presión a base de zinc ; galvanizado | −1,25 |
| Magnesio y aleaciones a base de magnesio; fundido o forjado | −1,75 |
| Berilio | −1,85 |
| Más anódico |
Ver también [ editar ]
- Corrosión
- Ánodo galvánico
- Serie galvánica
- Galvanización
Referencias [ editar ]
- ^ Decker, Franco lan (enero de 2005). "Volta y el 'Pile ' " . Enciclopedia de electroquímica . Universidad Case Western Reserve. Archivado desde el original el 16 de julio de 2012.
- ^ Turner, Edward (1841). Liebig, Justus; Gregory, William (eds.). Elementos de la química: incluido el estado actual y las doctrinas predominantes de la ciencia (7 ed.). Londres: Taylor y Walton. pag. 102.
Durante la acción de un círculo simple, como el zinc y el cobre, excitados por ácido sulfúrico diluido, todo el hidrógeno desarrollado en la acción voltaica se desprende en la superficie del cobre.
- ^ Goodisman, Jerry (2001). "Observaciones sobre células de limón" . Revista de educación química . 78 (4): 516–518. Código bibliográfico : 2001JChEd..78..516G . doi : 10.1021 / ed078p516 . Goodisman señala que muchos libros de texto de química usan un modelo incorrecto para una celda con electrodos de zinc y cobre en un electrolito ácido.
- ^ Graham-Cumming, John (2009). "Tempio Voltiano". The Geek Atlas: 128 lugares donde la ciencia y la tecnología cobran vida . O'Reilly Media. pag. 97. ISBN 9780596523206.
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- ^ Bryant, Arthur (1935). Samuel Pepys: Los años del peligro . Cambridge: Macmillan. pag. 370.
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- ^ "CLI Houston" . Consultado en enero de 2011 . Verifique los valores de fecha en:
|access-date=( ayuda ) - ^ Trethewey, KR; Chamberlain, J. (1988). "Lecciones históricas de corrosión" . Médicos de la corrosión . Consultado el 27 de febrero de 2014 .
- ^ David Axe. "El constructor culpa a la Marina como se desintegra un nuevo buque de guerra" .
- ^ Mullan, Jeff (6 de abril de 2011). "Actualización de la luminaria de techo de seguridad para túneles" (PDF) . Informar a la Junta Directiva de MassDOT . MassDOT . Consultado el 9 de abril de 2012 .
- ^ Murphy, Sean P. (5 de abril de 2012). "Big Dig necesita una solución de luz de 54 millones de dólares" . boston.com . El Boston Globe. Archivado desde el original el 6 de abril de 2012 . Consultado el 9 de abril de 2012 .
- ^ Agua . Hemat, RAS Editor: Urotext. ISBN 1-903737-12-5 . pag. 826
- ^ http://www.foodsafetysite.com/consumers/faq/?m_knowledgebase_article=185
- ^ "Limpieza galvánica de monedas de plata - Tutorial" . www.metaldetectingworld.com .
- ^ Wheeler, Gerson J., El diseño de equipos electrónicos: un manual para la producción y fabricación, Prentice-Hall, 1972
- ^ a b c "Manual de ingeniería de corrosión" . www.corrosion-doctors.org .
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la corrosión galvánica . |
