Experimentado la corrosión en casa
El Aluminio (Al) es el metal más abundante en el planeta Tierra. Posee una densidad tres veces menor que la del acero y permite la fabricación de aleaciones con una resistencia específica incluso superior a la de muchos aceros. Asimismo, presenta una excelente resistencia a la corrosión atmosférica, que lo convierte en el segundo metal más empleado en la industria, después del acero. No obstante, es sabido que el aluminio es un metal altamente reactivo y fácilmente oxidable. Evidencia de ello es su elevado valor negativo de potencial redox (-1.66 V), lo cual lo hace comportarse activamente (anódicamente) frente a un proceso corrosivo.
El buen comportamiento a la corrosión del aluminio es debido a la presencia permanente sobre el metal de una capa de óxido natural constituido por óxido de aluminio (Alúmina) que le hace pasivo a la acción del medio ambiente. Aunque de muy pequeño espesor, comprendido entre 50 y 100 angstroms (o sea de 50 a 100 mil millonésimas de metro) la película de óxido constituye una barrera entre el metal y el medio ambiente y se forma instantáneamente desde que el metal entra en contacto con un medio oxidante: el oxígeno del aire, el agua, etc., la estabilidad físico-química de la capa de óxido por tanto tiene una gran importancia sobre la resistencia a la corrosión del aluminio. Ella depende de las características del medio, uno de los cuales es el pH y también la composición de la aleación del aluminio. El Aluminio es un metal anfótero, es decir reacciona (se disuelve) con una base y también con un ácido.
Estudiar e identificar la corrosión del aluminio expuesto a diferentes soluciones ácidas y básicas.
Explicar aluminio con la ayuda del diagrama de Pourbaix las diferencias en el comportamiento del al estar expuesto a soluciones con diferente pH y conductividad.
6 envases de aluminio
Jabón para lavar ropa
Lejía (Hipoclorito de sodio)
Vinagre (Ácido acético)
Sal de mesa (Cloruro de sodio)
Balanza digital
Cuchara
Cámara fotográfica
Conductividad y pH de las soluciones a utilizar en el laboratorio
1. Tomar fotografía del envase empleado antes del experimento, pues será usado como nuestra línea base para analizar los resultados de los ensayos a realizar. Es por ello, que el registro fotográfico es sumamente importante y de su calidad y pertinencia, dependerá la calidad de los resultados del informe. Debe tomar una foto de todo el conjunto y luego de cada uno de los moldes donde agregará las soluciones descritas a continuación. Procure que las condiciones bajo las cuales tome estas primeras fotografías (distancia de la cámara al objeto, grado iluminación, grado de inclinación del haz de luz que incide sobre la pieza, tipo de iluminación: natural, artificial luz blanca, artificial luz cálida, luz de fluorescente, luz halógena, luz Led, etc.) sean las mismas que las empleadas al final del experimento.
2. Numerar cada uno de los 6 envases de aluminio y pesarlos en la balanza digital.
3. Prepara las siguientes soluciones:
Corte un pedazo de jabón de lavar ropa en un envase de vidrio o plástico conteniendo agua potable con un volumen no mayor a una tercera parte del volumen de una taza o envase. Espere a que una parte importante del jabón se haya disuelto en el agua. La solución será empleada para depositarla en uno de los moldes del envase de aluminio. La cantidad de solución a emplear no será mayor a la necesaria para cubrir el fondo del molde de aluminio
Con ayuda de una balanza de cocina vierta en un envase 194 gramos (o 200 gramos) de agua potable y 6 gramos de sal de cocina (NaCl). En caso no cuentes con una balanza de cocina, estoy seguro que vuestro equipo de trabajo sabrá preparar la solución de una manera más ingeniosa, sin sacrificar la precisión. Recuerde que el trabajo en equipo es mucho más rico en soluciones creativas. Pero eso sí, todos los integrantes del equipo deben usar la misma solución en sus ensayos.
Use el producto de lejía y viertalo directamente al envase de aluminio la solución de hipoclorito de sodio (sin diluir) en una cantidad suficiente para cubrir la superficie de la base del envase
Vierta el vinagre blanco directamente al envase de aluminio la solución (sin diluir) en una cantidad suficiente para cubrir sólo la superficie de la base del envase.
Preparación de la solución con jabón
Colocar la solución en el envase
4. Colocar una cucharada de cada solución en cada envase respectivamente. El experimento se inicia cuando cada solución es vertida sobre uno de los moldes del envase de aluminio. El volumen inicial de cada solución, como se ha indicado, debe ser suficiente para cubrir el fondo de cada molde. Si una cucharada no es suficiente para cubrir el fondo del envase, agregue otra más hasta cumplir el objetivo. Deje un molde de aluminio sin solución alguna para que sirva como elemento adicional de comparación respecto de los estados de la superficie que han estado en contacto con las soluciones descritas. La ubicación de cada solución en los moldes del envase de aluminio, se indica en la siguiente figura.
Envases con las diferentes soluciones
5. Después de 3-7 días (a su elección, pues recuerde que son ustedes los que deciden el tiempo de exposición y a partir de allí, el análisis de los resultados) se procede a tomar fotografía de la vista total del envase y luego de cada uno de los moldes donde se han vertido las cinco (5) soluciones. También es posible que cada día puedan tomar fotos del ensayo para ir viendo cómo evoluciona el comportamiento frente a la corrosión del aluminio en contacto con las diferentes soluciones empleadas. Sin embargo, dado que la solución no puede ser removida de los moldes durante el ensayo, los registros fotográficos durante el desarrollo de la prueba se harán con la superficie de aluminio cubierta de la solución, con lo que, en algunos casos, no se observarán grandes diferencias. Por ello, se deja a libertad del estudiante el realizar estas fotografías.
6. Es importante señalar que durante el ensayo la solución vertida en el envase puede sufrir de evaporación parcial o incluso total. En consecuencia, procure cada cierto tiempo restaurar el volumen de la solución durante el período de ensayo.
7. Al final del tiempo de experimentación (cada uno decidirá si el ensayo lo realiza en 3 a 7 días) se procede a extraer las soluciones del envase y simplemente enjuagar con agua su superficie expuesta para luego secar con papel secante o papel absorbente toda la humedad de la superficie. No se debe frotar con ninguna sustancia abrasiva (detergente) la superficie expuesta. Una vez que estén secas cada uno de los moldes expuesto a los medios agresivos, se procederá a registrar fotográficamente sus superficies, poniendo especial énfasis en:
a. Zonas teñidas superficialmente debido a la presencia de una película de corrosión.
b. Zonas con fuerte deterioro o pérdida de material.
c. Zonas con picaduras locales
Los registros fotográficos deben ser hecho en las mismas condiciones de las imágenes originales (estado inicial del envase de aluminio) para realizar un análisis comparativo.
8. Pesar cada envase después del lavado y el secado.
Se evalua la pérdida de peso del envase de aluminio. Para eso se debe pesar el envase antes de colocar las diferentes soluciones y pasado el tiempo establecido, lavar bien el envase, retirando cualquier producto de corrosión para después pesarlo nuevamente. Esta actividad se realizará en el laboratorio.
Cada uno realizará el ensayo en sus respectivas viviendas y compartirán sus resultados, analizando las similitudes y las diferencias que se puedan haber observado en los resultados del ensayo. Para ello:
Se elaborará un solo informe en el que se describirá el procedimiento experimental seguido, las imágenes que muestran las condiciones iniciales del estudio, los insumos y equipos empleados, así como los resultados del ensayo. Las conclusiones deben ser debidamente sustentadas a partir de los resultados observados y de las referencias consultadas al respecto.
En el análisis de los resultados, uno de los puntos importantes es comprender cada una de las soluciones empleadas en términos de pH, concentración de iones agresivos para el aluminio, el uso del diagrama de Pourbaix y otros diagramas que consideren pertinente, así como artículos que permitan, sustentar los resultados obtenidos.
Si los resultados entre los miembros del equipo han sido diferentes, es importante que el informe de equipo procure entender que es lo que puede haber generado esas diferencias: ¿el envase de aluminio?, ¿el agua empleada?, ¿el jabón? ¿el tipo de lejía, vinagre, etc.?, ¿la temperatura del ambiente? Este análisis y reflexión es muy importante porque les permite comprender como las condiciones del ensayo pueden influir enormemente en los resultados y, en consecuencia, debe haberse establecido previamente condiciones experimentales completamente reproducibles y para ello, lo mejor es ponerse de acuerdo previamente todos los miembros de un equipo en cómo van a desarrollar el experimento. El procedimiento experimental deberá formar parte del informe técnico por equipo.
Finalmente, se hará un breve informe del experimento realizado (cinco páginas como máximo) en el que incluyas las imágenes (antes y después del ensayo) y las conclusiones a la que has llegado. Se valorará aún más si el informe contiene referencias bibliográficas (un mínimo de cuatro) que sustenten las conclusiones arribadas.
Pesos iniciales y finales de los envases de aluminio expuestos a diferentes soluciones (a modo de ejemplo).
Se puede observar que en algunos envases tenemos una pérdida de masa negativa; es decir, se ha producido una supuesta “ganancia de peso”, esto puede deberse a que puede quedar adherido al metal residuos del proceso corrosivo, e incluso cierta humedad.
Con los resultados de la pérdida (ganancia) de peso que se han medido durante el ensayo se puede obtener la velocidad de corrosión que ha sufrido el aluminio durante en contacto con las soluciones empleadas.
Para ello es importante medir el área del aluminio que ha sido expuesta a la solución y obtener una variación de [masa/ (área*tiempo)] expresado en mg/cm2.horas
Una observación importante a la hora de mirar el estado del envase al final del experimento y de extraída la solución, es definir el tipo de deterioro observado ¿se trata de un deterioro uniforme sobre toda la superficie?, ¿se trata de un deterioro muy local (picadura)? ¿se concentra en los bordes del envase o en el centro?