Curso Corrosivos Versic3b3n Web

CURSO SOBRE MATERIALES

CORROSIVOS

Jacinto Alonso Azcarate

CURSO SOBRE MATERIALES

CORROSIVOS


CONTENIDOS• CONCEPTO DE CORROSIÓN

• Corrosión de materiales inorgánicos

•Corrosión de materiales orgánicos

• MATERIALES CORROSIVOS

• Ácidos y bases

•Concepto de acidez y basicidad

•Ácidos y bases débiles y fuertes

•Concepto de pH

•Reacciones de neutralización

•Gases corrosivos

•CARACTERÍSTICAS DE ÁCIDO CLORHÍDRICO

•CARACTERÍSTICAS DEL AMONIACO


¿Que es la corrosión?

¿Sobre que materiales actúa?

Degradación de un material, generalmente un metal, o de sus propiedades debido a la reacción con el ambiente o con una

sustancia corrosiva.

El término corrosión es un término que se puede referir a varios tipos de procesos químicos en función del tipo de material que se esté corroyendo, así podemos diferenciar dos tipos básicos de corrosión:

- De materiales inorgánicos (principalmente metales)- De materiales orgánicos


CORROSION DE METALES EN MEDIOS ÁCIDOS

- Un gran número de metales reaccionan con los ácidos “disolviéndose” (corrosión) y generando hidrógeno


- La corrosión de los metales también puede ocurrir en agua neutra, agua marina, soluciones salinas y soluciones alcalinas

- Para que ocurra la corrosión en estos medios debe existir oxígeno disuelto. El agua disuelve el oxígeno del aire con facilidad y este es el motor de la corrosión → Mar muerto

CORROSION DE METALES EN MEDIOS NEUTROS Y ALCALINOS



-En esta pila el metal químicamente más activo hace de polo negativo (ánodo)

y el menos activo, de polo positivo (cátodo).

-Transferencia de electrones entre la superficie del metal y la solución acuosa

- ÁNODO: metal que se está corroyendo CÁTODO: metal que consume los

electrones producidos

EXPERIMENTO CORROSIÓN DE

METALES EN UNA CELDA

GALVÁNICA CON GENERACIÓN

DE CORRIENTE ELÉCTRICA

NATURALEZA DE LA CORROSION: PROCESO

ELECTROQUÍMICO


-La presencia de un ÁNODO y un CÁTODO no es siempre obvio

- Las dos reacciones suelen estar combinadas en una sola pieza de metal

CORROSIÓN DE Zn EN AMBIENTE

ÁCIDO


http://corrosion-doctors.org/Chemistry-of-Corrosion/corrosion-in-acids.htm

EXPERIMENTO DE OXIDACIÓN RÁPIDA DE HIERRO

Se mezclan 30 ml de vinagre y 30 ml de lejia en un baso de precipitados y

se añade lana de acero. En aproximadamente 20 minutos se aprecia la

oxidación del Fe

Cuando un ácido (vinagre) se añade a la lejía (hipoclorito sódico) se

genera gas de cloro. Este gas reacciona con el Fe formando cloruro de Fe

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CORROSIÓN DE MATERIALES

ORGÁNICOS

-Definición: destrucción de un tejido por una sustancia por contacto directo

-Los corrosivos afectan a los ojos, la piel, los tejidos debajo de la piel y su

inhalación o ingestión dañan el sistema respiratorio y gastrointestinal

-El término cáustico se utiliza erróneamente como sinónimo de corrosivo

-El termino ácido se utiliza imprecisamente para todos los corrosivos

-Diferenciación entre corrosivos y venenos


-Tanto los ácidos como las bases son capaces de atacar los tejidos

catalizando la hidrólisis de las grasas.

-Los corrosivos también atacan a las proteínas que pueden ser hidrolizadas

y destruidas

-Producen una deshidratación de los tejidos generando una reacción

fuertemente exotérmica. Acido sulfúrico: quemaduras químicas + térmicas

-Los agentes fuertemente oxidantes pueden ser corrosivos para los tejidos

incluso a pH neutro


EXPERIMENTO CON AZUCAR Y SULFURICO

C12H22O11(s) + H2SO4(l) -> 11 H2O(g) + 12 C(s)

El ácido sulfúrico es un ácido fuerte que además es altamente

higroscópico, es decir, es capaz de absorber agua de las sustancias,

incluso de extraer agua de diferentes moléculas como es el caso del

azucar al que convierte en carbón.


PRODUCTOS CORROSIVOS:ACIDOS Y BASES

Desde un punto de vista práctico se pueden identificar los ÁCIDOS por

su sabor, su capacidad de reaccionar con muchos metales y

carbonatos

Desde un punto de vista químico se define un ácido como una

sustancia capaz de ceder iones hidrógeno (H+) en disolución acuosa

HCl (g) → H+ (aq) + Cl- (aq)


• Los ácidos fuertes son compuesto moleculares que están casi por completo ionizados en disolución acuosa, como por ejemplo el HCl y el HNO3

- HCl (g) → H+ (aq) + Cl- (aq)

• No hay muchos ácidos fuertes de uso habitual, pero se utilizan grandes cantidades de clorhídrico, perclórico, nítrico y sulfúrico.

• H2SO4(aq) → H+(aq) + HSO4-(aq)

Reacción totalmente desplazada a la derecha


EXPERIMENTO:REACCIÓN DE METALES CON ÁCIDO NÍTRICO

• El Al no reacciona con el ácido nítrico porque este compuesto además de sus propiedades como ácido es un fuerte oxidante que produce una capa de oxido de aluminio (Al2O3)

• El Zn reacciona violentamente con el nítrico pero de manera diferente en función de la Tª y la concentración

– 3Zn + 8HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O (alta concentración y Tª)

Zn(s) + 2HNO3 (aq) → Zn(NO3)2 (aq) + H2 (g) (baja concentración y Tª)

• El Cu reacciona violentamente produciendo gases de NOx, la reacción es una reacción de oxidación

– Cu + 2 HNO3 + 2 H+ → Cu2+ + 2 NO2 + 2 H2O



• Los ácidos débiles son lo que no están completamente ionizados en disolución acuosa. Estó le ocurre al ácido acético, en el que la ionización es un proceso reversible. El ácido acético es un electrolito débil– HC2H3O2 (aq) ↔ H+ (aq) + C2H3O2

-(aq)


• Desde un punto de vista práctico se pueden identificar las BASES por su sabor amargo y su tacto resbaladizo

• Químicamente una base es una sustancia capaz de producir iones hidroxilo (OH-) en disolución acuosa.

– NaOH (s) → Na+ (aq) + OH- (aq)

• Este tipo de base que se disocia completamente en disolución acuosa es una base fuerte. Como con los ácidos el número de bases fuertes de uso común son pocas (NaOH, KOH, Ca(OH)2)


• Algunas sustancias producen iones OH- porque reaccionan con el agua cuando se disuelven en ella. Estas sustancias como el amoniaco son también bases– NH3 (aq) + H2O (l) ↔ NH4

+ (aq) + OH- (aq)

• El NH3 es un electrolito débil y no reacciona completamente con el agua. Una base que no está completamente ionizada en disolución acuosa es una base débil. La mayor parte de las sustancias básicas son bases débiles.


EXPERIMENTO:CORROSIÓN DE Al EN UN MEDIO

BÁSICO• Bajo circunstancias normales el Al no reacciona con el agua

debido a una capa protectora impermeable compuesta de hidróxido de Al

• La adición de NaOH previene la formación de esa capa o la disuelve (5g Al en 20ml NaOH 40%):

– Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na+ + 2[Al(OH)4]-

• Una vez eliminada la capa protectora la reacción se produce con rapidez:

– 2 Al + 2 NaOH + 2 H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2


LA ESCALA DE pH

El agua incluso cuando es pura presenta pequeñas concentraciones de

iones H+ y OH- presentando las mismas concentraciones.

A 25ºC en agua pura [H+] = [OH-] = 1.0 x 10-7M

Dado que las concentraciones de los iones H+ y OH- en disolución

acuosa son números muy pequeños y, por lo tanto, es difícil trabajar con

ellos, se propuso una medida más práctica denominada pH

El pH de una disolución se define como el logaritmo negativo de la

concentración de iones hidrógeno (moles/litro)

pH = -log [H+]


Para pH =1 la concentración de H+ es 0.1M

Para pH =2 la concentración de H+ es 0.01 M (10-2)














MUESTRA VALOR DE Ph

Jugo gástrico en el estómago 1.0-2.0

Zumo de limón 2.4

Vinagre 3.0

Zumo de pomelo 3.2

Zumo de naranja 3.5

Orina 4.8-7.5

Agua expuesta al aire 5.5

Saliva 6.4-6.9

Leche 6.5

Agua pura 7.0

Sangre 7.35-7.45

Lágrimas 7.4

Leche de magnesia 10.6

Limpiador con amoniaco 11.5

El pH aumenta a medida que la concentración de H+ disminuye


EXPERIMENTOMedida del pH de ácidos y bases

débiles y fuertes

EXPERIMENTODisminución del pH de ácidos y bases

débiles y fuertes por dilución

REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN

• La propiedad más significativa de los ácido y las bases es quizás su capacidad de cancelarse o neutralizar uno las propiedades del otro

• En la reacción se forma una sal y agua


EXPERIMENTOABSORCIÓN DE ÁCIDOS Y BASES CON

ABSORBENTE UNISAFE

EXPERIMENTOABSORCIÓN DE ÁCIDOS Y BASES CON

ABSORBENTES ESPECIALES


REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN CON FORMACIÓN DE GASES

• Ciertas sales como los carbonatos, bicarbonatos, sulfitos y sulfuros reaccionan con ácidos formando productos gaseosos– CaCO3 (aq) + 2HCl →2CaCl2 (aq) + H2CO3 (aq)

• El ácido carbónico es una sustancia inestable y se descompone en:– H2CO3 (aq) → H2O (l) + CO2 (g)


EXPERIMENTO DE GENERACIÓN DE

GASES CON VINAGRE Y BICARBONATO

SÓDICO

EXPERIMENTO DE NEUTRALIZACIÓN

DE ÁCIDOS CON CARBONATO CÁLCICO


GASES CORROSIVOS• Gases inertes: No arden, no mantienen la combustión y en su seno no es

posible la vida, argón, nitrógeno, etc.

• Gases comburentes: Son indispensables para mantener la combustión, oxígeno, , etc.

• Gases combustibles: Arden fácilmente en presencia del aire o de otro oxidante, hidrógeno, acetileno.

• Gases corrosivos: Capaces de atacar a los materiales y destruir los tejidos cutáneos (Cl, NO2, HCl). Definicion: Aquel que produce una corrosión de más de 6 mm/año, en un acero A33 UNE 36077-73, a una temperatura de 55ºC. La balas de gas son de color amarillo

• Gases tóxicos: Producen interacciones en el organismo vivo, pudiendo provocar la muerte a determinadas concentraciones, monóxido de carbono.


• Gran número de gases comerciales son corrosivos

• Daños mayores que los ocasionados por el fuego

• Incendios de productos sintéticos (fibras textiles, plásticos): liberación de gases corrosivos



ÁCIDO CLORHÍDRICO (HCl)

• Este compuesto se puede encontrar como gas licuado, donde se conoce como Cloruro de Hidrógeno, o como soluciones acuosas de diferentes concentraciones, que corresponden al ácido propiamente dicho Nº ONU 1789 (solución) 1050 (anhidro) 2186 (gas licuado refrigerado)

• A temperatura ambiente, el Cloruro de Hidrógeno es un gas incoloro o ligeramente amarillo con olor fuerte.

• En contacto con el aire, el gas forma vapores densos de color blanco debido a la condensación con la humedad atmosférica

• El vapor es corrosivo y, a concentraciones superiores a 5 ppm, puede causar irritación


• La forma acuosa es un líquido sin olor a bajas concentraciones y humeante y de olor fuerte para concentraciones altas

• El contacto del Acido Clorhídrico con metales puede generar Hidrógeno gaseoso

• Reacciona violentamente con oxidantes formado gas tóxico de cloro

• Ataca también algunos tipos de plásticos, caucho y recubrimientos


• Su dilución es fuertemente exotérmica

• Reacciona violentamente con bases

• Se genera calor por la neutralización, por lo que si el ácido derramado es concentrado, primero debe construirse en dique que lo contenga y diluir con agua en forma de spray para disminuir los vapores generados durante la neutralización

• La inhalación provoca edema pulmonar, pero los síntomas no se ponen de manifiesto, a menudo, hasta pasadas algunas horas y se agravan por el esfuerzo físico.



USOS DEL HCl

• INDUSTRIA QUÍMICA

• Aplicaciones en limpieza, desinfección y tratamiento de aguas

• Producción de Cloruro de Vinilo y otros hidrocarburos clorados

• En la extracción de petróleo para aumentar el flujo del crudo a través de estructuras de roca calcárea

• En la industria de los metales se usa en la refinación de minerales metálicos

• Se usa en la refinación de grasas, en la curtición del cuero, producción de fertilizantes, en el ajuste del pH del agua, etc


EXPERIMENTO:REACCIÓN DE METALES CON HCl

• El cobre no reacciona con el HCl porque esta muy alto en la serie galvánica

• El Zn reacciona rápidamente

– Zn + 2HCl →ZnCl2 + H2

• El papel de Al reacciona lentamente al principio y luego se acelera la reacción – Al(OH)3 + 3 H3O+ →Al3+ + 6 H2O

– Al2O3 + 6 H3O+ →2 Al3+ + 6 H2O luego el Al es atacado por el ácido

– Al + 3 H3O+ → Al3+ + 3 H2O + 3/2 H2

• El Al reacciona muy violentamente en estado de polvo:– Al + 3 H3O+ → Al3+ + 3 H2O + 3/2 H2

– 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2


AMONIACO (NH3)• Nº ONU 1005 (268). Los números ONU 2073 y 2672 son de amoniaco

disuelto formando el hidróxido

• El amoníaco anhidro es un gas incoloro, de olor irritante y tóxico con las siguientes propiedades físicas:

– Temperatura de fusión: –77.7 °C.

– Temperatura de ebullición: –33 °C.

– Temperatura crítica: 132 °C.

– Densidad relativa del gas (aire=1) a 25 °C: 0.6.

– Densidad relativa del líquido (agua=1) a -34 °C: 0.7.

– Presión de vapor a 20 °C: 8.6 bar.(altamente volátil)


AMONIACO (NH3)– Solubilidad en agua (mg/l): 51g/100g (se hidroliza) también es soluble

en alcohol

– Reactividad con el agua: se disuelve con desprendimiento de calor para formar hidróxido de amonio (NH4OH)

– Apariencia y color: Gas incoloro.

– Estado físico normal del envío: gas licuado comprimido

– Estado físico de derrame: gas o líquido hirviente

– Olor: Amoniacal.

– Temperatura de autoignición: 630 °C.

– Rango de inflamabilidad (% de volumen en aire): 15-30.


• Productos peligrosos de la combustión: óxidos de nitrógeno

• La adición de agua → incrementar el desprendimiento de vapores.

• Ataca al aluminio, estaño, cobre, plomo, plata, zinc, superficies galvanizadas y aleaciones de estos metales.

• Dilución con grandes cantidades de agua → derrames pequeños

• El agua nebulizada → absorbe vapores y abate humos


USOS DEL AMONIACO• Es el segundo producto químico que más se produce

industrialmente a escala mundial después del ácido sulfúrico

• Es la materia prima para la fabricación de multiples FERTILIZANTES

• Por su elevado calor latente de vaporización se utiliza como fluido frigorífico

• Inhibidor de corrosión

• Se usa en las industrias de pulpa de papel, de la metalurgia, del caucho, de comidas y bebidas, de los textiles, de productos farmacéuticos y en las industrias del cuero

• Usos domésticos



PRESIÓN DE VAPOR• Presión en milímetros de mercurio del vapor en equilibrio con

su forma líquida o sólida a 20 ºC. Indica la tendencia de una substancia a formar vapor.

• Cuanto mayor es la presión de vapor, mayor es la concentración de vapor producida por la substancia. En función de la presión de vapor (mmHg a 20º C) se clasifica la volatilidad del producto como:

< 1 Muy poco volátil.

1 – 30 Poco volátil.30 - 100 Volátil.100 - 500 Muy volátil.> 500 Extremadamente volátil.

• La presión de vapor solo se puede medir en recipientes cerrados.


• Una presión de vapor mayor que 1 permitirá a las moléculas de producto abandonar la superficie del líquido para transformarse en gas (vapor).

• Orientado a la intervención, el conocimiento de la presión de vapor sirve para tener una idea aproximada de la zonificación de la intervención, este es, distancias de seguridad.

PRESIÓN DE VAPOR


Rotura de una cisterna de amoniaco Nº ONU 1005

Supongamos que estamos a 20ºC por lo que la presión sería de

aproximadamente 8.8atm

Una cisterna cargada con amoniaco circulando normalmente tiene una

distancia de seguridad de 0mts

En un momento dado sufre una fisura que provoca una fuga. En ese

momento la PV de la cisterna es de 8.8 atm, luego la distancias de

seguridad será de 880 mts

El producto se evapora y va perdiendo presión


La distancia de seguridad se va reduciendo desde 880 m a 600 a 400

hasta que se ha perdido aproximadamente el 20% del producto y la PV

es aproximadamente 1atm. Aquí la distancia de seguridad es de

aproximadamente 100mts

Cuando los bomberos taponan la fuga, comienza a subir la

temperatura del líquido y la PV hasta un momento teórico de 8.8atm a

20ºC, pero todos los medios materiales y humanos están en un radio

de aproximadamente 100mts

La cuña o tapón no aguanta la presión interior y salta provocando la

fuga de nuevo. En ese momento la zona de riesgo es de 880m y

todos los equipos están dentro de la zona de riesgo


Rotura de una cisterna de amoniaco Nº ONU 1005

EXPERIMENTO DE SOLUBILIDAD DEL AMONIACO: FUENTE DE AMONIACO

EXPERIMENTO DE ABATIMIENTO DE AMONIACO


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