Termodinamica de las reacciones de corrosion

Energía libre de Gibbs
J. Willard Gibbs (1839-1903) fue la primera persona a la que se le otorgó un doctorado en ciencias en una universidad de los estadounidense (Yale, 1863) y a partir de 1871hasta su muerte estuvo a cargo de la cátedra fisicomatemáticas de Yale. Gibbs formulo gran parte de los fundamentos teóricos que dieron origen al desarrollo de la termodinámica química.
J. Gibbspropuso una nueva función de estado que ahora conocemos como la energía libre de Gibbs o simplemente energía libre, la cual se simboliza con la letra G.
Concepto
La energía libre de Gibbs (G) se define como “un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (presión ytemperatura constante)”.
G=H-TS
Donde T es la temperatura absoluta. En un proceso se lleva a cabo la temperatura constante, el cambio de energía libre del sistema, ∆G, esta dado por la expresión:
∆G=∆H-T∆S
Para ver como la función G se relaciona con la espontaneidad de reacción, recuérdese que para una reacción que ocurre a temperatura y presión constante:
∆Suniverso=∆SSistema+∆SAlrededores=-∆HSistemaT
La energía libre de Gibbs, Sirve para calcular si una reacción ocurre de forma espontánea tomando en cuenta solo las variables del sistema.
Aplicación
Una de las aplicaciones importantes de las reacciones químicas es la produccion de energía en forma de trabajo útil, donde útil significa que estamos excluyendo el trabajo hecho por un cambio de volumen contra un presión externa (Trabajo PV). Porejemplo, en la combustión de petróleo, se libera calor que se utiliza para generar vapor que puede producir trabajo mecánico o el trabajo eléctrico que se puede obtener de una celda electroquímica, estos son ejemplos de trabajo útil. La energía libre de Gibbs lleva ese nombre porque es la parte de la energía de un sistema que se puede convertir libremente en trabajo útil a temperatura y presiónconstante. El problema es controlar la energía útil y transformarla a trabajo sin que se pierda en calor. Solo reacciones espontaneas para las cuales la energía libre de Gibbs disminuye durante la reacción pueden hacer trabajo útil. Según disminuye la energía libre, la capacidad de hacer trabajo va disminuyendo hasta que el sistema llega a equilibrio. En este estado ya el sistema no puede hacertrabajo útil y tanto los reactivos como los productos tienen la misma energía libre, ADG=0

Diagrama de Pourbaix
Concepto
Fue desarrollado por Marcel Pourbaix (C EBELCOR Bélgica 1904-1998) y se puede definir los diagramas de pourbaix como “diagramas en los que se relaciona el potencial de un metal dado, el pH la solución con la que se pone en contacto y que puede predecir si o no este metal hatendencia a erosionar en este entorno.”
Los diagramas de pourbaix muestran tres zonas de diferente naturaleza en la cuales los metales pueden encontrarse dependiendo de las condiciones de pH y potencial, una zona de corrosión, donde el metal esta en disolución, otra de inmunidad donde el material se encuentra totalmente protegido y no es víctima de ataques por el medio y finalmente la zona depasividad que se describe como la zona correspondiente a la formación de óxidos o productos de corrosión estables sobre la superficie del metal, los cuales conforman una barrera entre el metal y el ambiente que disminuye la velocidad de corrosión del material.
Aplicación
El diagrama de pourbaix se usa en hidro para estudiar los sistemas electrolíticos. Su análisis permite definir el potencial deoxidación-reducción de electrodo o celda en unas condiciones de pH. El análisis de la estructura del diagrama ternario (Me-O-M) permite definir las condiciones fisicoquímicas que posibilitan la disolución en un medio acuoso de un metal o lixiviación.
La ecuación de Nernst
Walther Hermann Nernst (Briesen, Prusia, 25 de junio de 1864 - † Ober-Zibelle, Alemania, 18 de noviembre de 1941), fue...