ESTUDIO DEL PROCESO DE OXIDACIÓN DE UNA ESTRUCTURA DE HIERRO DESDE EL PUNTO DE VISTA QUÍMICO Y LAS APLICACIONES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR

PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA

I.U.T.”ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

TECNOLOGÍA DE LA SEGURIDAD INDUSTRIAL

SEDE CARACAS

ESTUDIO DEL PROCESO DE OXIDACIÓN DE UNA ESTRUCTURA DE HIERRO DESDE EL PUNTO DE VISTA QUÍMICO Y LAS APLICACIONES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS

PROFESOR: AUTOR:

Jhonny Romero Canales Celimar 26.563.101

Química II-Diurno

Caracas, julio de 2014 

ÍNDICE

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 3

CAPÍTULO I 5

Introducción 5

Proceso de oxidación –reducción en sustancias químicas 5

Proceso de oxidación de una estructura de hierro 6

CAPITULO II 9

Introducción 9

Compuestos iónicos y aplicaciones 9

CONCLUSIONES 11

REFERENCIAS 12

GLOSARIO DE TÉRMINOS 13

APÉNDICE A (Oxidación de compuestos ferrosos) 14

APÉNDICE B (Electrólisis) 15

INTRODUCCIÓN

El hierro además de ser el metal más importante de la naturaleza, representa la base de la civilización, de la industria, fuente de fabricación de armas, aleaciones y de trabajo en muchas áreas de la ingeniería y ciencias. Es importante destacar que por su utilidad, es difícil conseguir otro elemento de la tabla periódica con un papel fundamental en el pasado, presente y futuro de la humanidad.

Visto desde esta perspectiva, es propio destacar que Plinio (23-79) citado por Fersman (p.139), pensaba lo siguiente:

“las minas de hierro hicieron don al hombre del arma más excelente y más perversa. Ya que con ella hendimos la tierra, plantamos las matas, labramos los campos de las feraces huertas y, podando las viñas silvestres con uva, las hacemos retoñar cada año… Pero con ese mismo hierro hacemos la pelea, la lucha y el pillaje.”

Este escritor y científico romano destaca las bondades del hierro, pero a la vez es crítico del mal uso que en la antigüedad se le estaba dando al metal como consecuencia de las constantes conquistas y guerras a las cuales estaba sometido el Imperio Romano.

En este orden de ideas, si bien el uso del hierro es conocido a lo largo de la historia, su utilidad comienza en los milenios IV y III antes de nuestra era, ya que fue allí cuando el hombre comenzó a dominar y a emplearlo con facilidad. Prueba de esto son las excavaciones antiguas en donde se han encontrado utensilios de hierro, convertidos en óxidos hidratados de color pardo, como por ejemplo lanzas, flechas, corazas, entre otros; los cuales como todo metal se oxidan por medio del contacto con el oxígeno contenido en el aire.

Respecto a la situación antes referida el hierro que es impuro se corroe por efecto de la acción en conjunto de la humedad, dióxido de carbono y del oxígeno del aire, a diferencia del que viene en lingotes (el puro) el cual es resistente al aire y al agua. La capa de herrumbre u orín que se forma al corroerse los objetos de hierro está constituida, en lo fundamental por un óxido de hierro hidratado, cuya fórmula química aproximada es Fe2O3.H2O. Debido a su fragilidad y porosidad, dicha capa no protege al metal de la ulterior formación de herrumbre. Según Fersman (p.139) “como consecuencia de la corrosión se deja fuera de circulación 30% de la cantidad de Fe que se obtiene en este mismo período de tiempo”.

Ubicados en este contexto, la siguiente investigación está dirigida específicamente a realizar el estudio de un proceso de oxidación en una estructura de hierro explicándolo su evolución desde el punto de vista químico y por otro lado la de presentar el origen y las aplicaciones de los compuestos iónicos en la vida cotidiana.

CAPITULO I

Introducción

El hierro pertenece a uno de los nueve elementos que se encuentran ubicados en el centro de los grandes períodos y que entran en lo que se conoce como tríadas (junto con el cobalto y níquel), además de los elementos de la familia del platino. Anteriormente las tríadas se agrupaban en lo que se conocía como grupo VIII de la tabla periódica, sin embargo, como no terminaban en un gas inerte, se les quitó dicha condición.

Estos elementos presentan no más de dos electrones en el nivel de máxima energía lo cual no permite que dichos elementos tengan la tendencia a adicionar electrones. Como consecuencia de esta característica se les confiere el carácter de metálico.

Ahora bien, el hierro constituye cerca del 1,5% de la corteza terrestre. El porcentaje de cobalto y níquel (los otros elementos de la familia del hierro) en ésta es mucho menor, constituyendo un 0,001% y un 0,003%, respectivamente.

La mayor parte del hierro que se encuentra en las capas asequibles de la Tierra existe en forma de compuestos oxigenados, siendo los más importantes los más importantes, lo que constituyen las menas más utilizadas para su beneficio: la limonita (Fe2O3.H2O), la hematites (Fe2O3) y la magnetita u óxido de hierro magnético (piedra imán) (Fe2O3, FeO), la siderita (FeCO3), entre otros.

Proceso de oxidación-reducción de sustancias químicas.

Los procesos en la química inorgánica pueden dividirse en dos tipos: a) los que se producen sin alteración de la valencia de los elementos reaccionantes; b) los que implican una alteración de la valencia. Para el caso de este último se les conoce como reacciones de oxidación-reducción (o de un modo más simple, aunque incorrecto, reacciones de oxidación). La oxidación consiste en el proceso de pérdida de electrones por una sustancia que se oxida. En caso contrario, cuando la sustancia oxidada se reduce, está recibiendo nuevamente los electrones que había cedido. Por tanto la reducción corresponde a la ganancia de electrones por parte de la sustancia que se reduce.

En este orden de ideas, para el estudio de este tipo de reacciones entre unos átomos y otros que impliquen ganancia o pérdida de electrones, se realiza independientemente del tipo de enlace de valencia.

Tomemos como ejemplo una serie de compuestos del cloro:

HCl Cl2 Cl2O Cl2O7.

Para los compuestos presentados con anterioridad se puede concluir lo siguiente, que en el HCl el cloro es monovalente y negativo. En el Cl2 la carga de cada uno de ellos es cero. En el Cl2O es monovalente pero positiva y finalmente en el Cl2O7 tiene una valencia positiva de 7.

La situación antes referida permite dejar en claro que las valencias electroquímicas de los átomos (grados de oxidación) determinadas de este modo pueden no coincidir con sus valencias habituales (estructurales). En vista de esto, cuando se trata de los participantes en los procesos de oxidación-reducción, no se habla de valencias electroquímicas, sino de signo de átomos.

Ubicados en este contexto, para escribir las ecuaciones de oxidación-reducción deben conocerse, en primer lugar, las fórmulas químicas de las sustancias reaccionantes y de las que se obtienen como producto. Las primeras, naturalmente, ya las conocemos, y en el caso de las segundas, bien se deben establecer mediante una investigación química especial, partiendo directamente del conocimiento de las propiedades de los elementos.

Proceso de oxidación de una estructura de hierro.

Un caso interesante de corrosión en metales es la que proviene de corrientes vagabundas o erráticas las cuales se encuentran en fugas de sistemas eléctricos de instalaciones, generalmente no aisladas. Con base a lo anterior, las tuberías se convierten en conductor y se corroe electrolíticamente. Este caso de corrientes erráticas se encuentra presentes cerca de las líneas del ferrocarril, metro, tranvías, fábricas, entre otras.

Para Hernández (p.59), en el hierro y en el plomo la corrosión se verifica en el área anódica donde la “electricidad positiva” abandona los tubos o cubiertas. En este caso la corrosión se evidencia por la presencia de óxidos hidratados de color pardo, además en la zona en cuestión se ve como limada (corroída) como si le faltara pintura.

La principal reacción que se verifica durante la corrosión del hierro al estar sometido al contacto del agua o del aire húmedo, Nekrásov (p. 484), es la de desplazamiento de hidrógeno, que en el caso de este metal se desarrolló por medio de la ecuación

Fe + 2H+ = Fe2+ + 2H

Este proceso, además de estar influenciado por la naturaleza del propio metal y la concentración de iones hidrógeno, depende en sumo grado de la rapidez con la que el equilibrio de esta reacción fundamental se desplaza a la derecha, impulsado por las reacciones secundarias que de una u otra forma, hacen que se combine los productos resaltantes.

En todo este proceso el papel principal corre a cargo del oxígeno que se encuentra disuelto en el agua (o del oxígeno atmosférico). Así, el Fe2+ se oxida, por su acción, a Fe3+, y el hidrógeno atómico, a H2O. En general, el proceso de corrosión del hierro

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