Construccion De Un Diagrama De Pourbaix
Páginas: 11 (2550 palabras)
Publicado: 15 de abril de 2012
e pourbaixConstrucción de los diagramas de Pourbaix para los sistemas metalagua
Apellidos, nombre Departamento Centro
Muñoz Portero, María José (mjmunoz@iqn.upv.es) Ingeniería Química y Nuclear Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales
1 Resumen de las ideas clave
En este artículo vamos a aprender cómo se construye un diagrama de Pourbaix para un sistema metal-agua. Todo ellolo veremos a través de ejemplos prácticos para facilitar el aprendizaje de los conceptos básicos descritos en el presente documento.
2 Objetivos
Una vez que el alumno se lea con detenimiento este documento, será capaz de: Calcular las condiciones de equilibrio termodinámico de las especies presentes en un diagrama de Pourbaix para un sistema metal-agua. Representar un diagrama de Pourbaixpara un sistema metal-agua.
3 Introducción
Los equilibrios químicos y electroquímicos se resumen normalmente en los diagramas de Pourbaix, los cuales son diagramas potencial-pH. Los diagramas de Pourbaix son “una representación gráfica que muestra las regiones de estabilidad termodinámica de las especies en los sistemas metal-electrolito acuoso” (ASTM G 15-93) [1]. Los diagramas de Pourbaix seusan ampliamente para predecir procesos de corrosión. Dichos diagramas representan las áreas de estabilidad termodinámica de las especies sólidas o acuosas en función del potencial y del pH a la temperatura de interés. De este modo, los diagramas indican bajo que condiciones de potencial y pH el metal es estable termodinámicamente (o inmune a la corrosión) y bajo que condiciones puede causar sudisolución para formar iones (corrosión) o su transformación en óxidos, hidróxidos, hidruros o sales metálicas que pueden producir pasivación [2-5]. ¿Cómo podemos construir un diagrama de Pourbaix?. Los diagramas de Pourbaix podemos construirlos a partir de cálculos basados en la ecuación de Nernst y en la constante de equilibrio de las distintas especies metálicas. En este documento vamos a ver comose construyen dichos diagramas.
4 Desarrollo
Ahora vamos a ver como se construyen los diagramas de Pourbaix. Como ejemplo vamos a construir el diagrama de Pourbaix para un sistema metal-agua, como es el caso del sistema cobre-agua a 25 ºC, mostrado en la Figura 1. Para construir un diagrama de Pourbaix es útil seguir los siguientes pasos: Recopilar los valores de las energías libres de Gibbsde formación estándar (ΔGfº) de todas las especies implicadas. Escribir las ecuaciones de las diferentes reacciones en las que intervienen estas especies. Calcular las condiciones de equilibrio de las distintas reacciones.
Realizar la representación del diagrama de Pourbaix a partir de las condiciones de equilibrio calculadas previamente.
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Cu
2+
10
0
10 10-2
-4
10 10
-6 -
-6
10 10
-4
-2
10
2-
0
12
HCuO 2
11
CuO 2
13
10
a
CuO
0.4
9 6
0.3 0.2
8
E(VSHE )
0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3
1
Cu 2O
3 4
Cu +
-0.4 -0.5
5
7
-0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1.0 0 1 2 3 4 5
Cu
b
2
6
7
8 pH
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Figura 1. Diagrama de Pourbaix para el sistemacobre-agua a 25 ºC.
4.1 Energías libres de Gibbs de formación estándar
Lo primero que vamos a hacer es establecer una lista de todas las especies que se van a considerar en el sistema cobre-agua. Después debemos buscar en la
literatura los valores de las energías libres de Gibbs de formación estándar (ΔGfº) a 25 ºC de todas las especies [6,7]. Con estos valores hacemos una tabla, indicandotambién el número de oxidación de las especies de cobre (es decir, la carga aparente con la que el elemento cobre está funcionando en esa especie) y el estado (acuoso, sólido, líquido o gas). En la Tabla 1 puedes observar un ejemplo de dicha tabla para el sistema cobre-agua a 25 ºC.
Especies H+ H2 O2 H2O OH– Cu Cu2O CuO Cu(OH)2 Cu+ Cu2+
− HCuO 2
Número de oxidación
Estado1 ac g g l ac...
Apellidos, nombre Departamento Centro
Muñoz Portero, María José (mjmunoz@iqn.upv.es) Ingeniería Química y Nuclear Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales
1 Resumen de las ideas clave
En este artículo vamos a aprender cómo se construye un diagrama de Pourbaix para un sistema metal-agua. Todo ellolo veremos a través de ejemplos prácticos para facilitar el aprendizaje de los conceptos básicos descritos en el presente documento.
2 Objetivos
Una vez que el alumno se lea con detenimiento este documento, será capaz de: Calcular las condiciones de equilibrio termodinámico de las especies presentes en un diagrama de Pourbaix para un sistema metal-agua. Representar un diagrama de Pourbaixpara un sistema metal-agua.
3 Introducción
Los equilibrios químicos y electroquímicos se resumen normalmente en los diagramas de Pourbaix, los cuales son diagramas potencial-pH. Los diagramas de Pourbaix son “una representación gráfica que muestra las regiones de estabilidad termodinámica de las especies en los sistemas metal-electrolito acuoso” (ASTM G 15-93) [1]. Los diagramas de Pourbaix seusan ampliamente para predecir procesos de corrosión. Dichos diagramas representan las áreas de estabilidad termodinámica de las especies sólidas o acuosas en función del potencial y del pH a la temperatura de interés. De este modo, los diagramas indican bajo que condiciones de potencial y pH el metal es estable termodinámicamente (o inmune a la corrosión) y bajo que condiciones puede causar sudisolución para formar iones (corrosión) o su transformación en óxidos, hidróxidos, hidruros o sales metálicas que pueden producir pasivación [2-5]. ¿Cómo podemos construir un diagrama de Pourbaix?. Los diagramas de Pourbaix podemos construirlos a partir de cálculos basados en la ecuación de Nernst y en la constante de equilibrio de las distintas especies metálicas. En este documento vamos a ver comose construyen dichos diagramas.
4 Desarrollo
Ahora vamos a ver como se construyen los diagramas de Pourbaix. Como ejemplo vamos a construir el diagrama de Pourbaix para un sistema metal-agua, como es el caso del sistema cobre-agua a 25 ºC, mostrado en la Figura 1. Para construir un diagrama de Pourbaix es útil seguir los siguientes pasos: Recopilar los valores de las energías libres de Gibbsde formación estándar (ΔGfº) de todas las especies implicadas. Escribir las ecuaciones de las diferentes reacciones en las que intervienen estas especies. Calcular las condiciones de equilibrio de las distintas reacciones.
Realizar la representación del diagrama de Pourbaix a partir de las condiciones de equilibrio calculadas previamente.
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Cu
2+
10
0
10 10-2
-4
10 10
-6 -
-6
10 10
-4
-2
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2-
0
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HCuO 2
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CuO 2
13
10
a
CuO
0.4
9 6
0.3 0.2
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E(VSHE )
0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3
1
Cu 2O
3 4
Cu +
-0.4 -0.5
5
7
-0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1.0 0 1 2 3 4 5
Cu
b
2
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8 pH
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11
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Figura 1. Diagrama de Pourbaix para el sistemacobre-agua a 25 ºC.
4.1 Energías libres de Gibbs de formación estándar
Lo primero que vamos a hacer es establecer una lista de todas las especies que se van a considerar en el sistema cobre-agua. Después debemos buscar en la
literatura los valores de las energías libres de Gibbs de formación estándar (ΔGfº) a 25 ºC de todas las especies [6,7]. Con estos valores hacemos una tabla, indicandotambién el número de oxidación de las especies de cobre (es decir, la carga aparente con la que el elemento cobre está funcionando en esa especie) y el estado (acuoso, sólido, líquido o gas). En la Tabla 1 puedes observar un ejemplo de dicha tabla para el sistema cobre-agua a 25 ºC.
Especies H+ H2 O2 H2O OH– Cu Cu2O CuO Cu(OH)2 Cu+ Cu2+
− HCuO 2
Número de oxidación
Estado1 ac g g l ac...
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