Actividad competencial

Corrosión y electrólisis

Competencial

2025 · Ordinaria · Titular

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN

El deterioro como consecuencia de la oxidación es un gran problema económico para industrias que utilizan estructuras de hierro o de acero, sobre todo si se encuentran en ambientes húmedos o directamente en contacto con el agua, como plataformas sumergidas en el mar, tuberías subterráneas o cascos de barcos. En estos casos, la oxidación para formar óxido de hierro(III) es muy rápida y supondría grandes inversiones económicas tener que sustituir frecuentemente las partes oxidadas. Una solución para evitar la oxidación del hierro y del acero es incorporar a la estructura piezas de otros metales que puedan formar con el hierro una pila galvánica en la que éste sea el cátodo y el otro metal funcione como ánodo. A este método de protección se le llama “protección catódica” y a las piezas metálicas utilizadas para ello se les llama ánodos de sacrificio. Uno de los metales más usados como ánodo de sacrificio es el magnesio, que puede obtenerse a partir del agua del mar, donde se encuentra disuelto en forma de $\ce{MgCl2}$ y de sulfato de magnesio. Una vez separado el $\ce{MgCl2}$ sólido, se procede a su electrolisis en estado fundido obteniéndose magnesio y cloro gaseoso. En la corteza terrestre también está presente el magnesio en forma de $\ce{MgCO3}$ ( $K_S= 3,5 \cdot 10^{-8}$ ), compuesto insoluble al igual que otras especies de este metal como el fosfato de magnesio ( $K_S= 1,04 \cdot 10^{-24}$ ), el $\ce{MgF2}$ ( $K_S= 5,16 \cdot 10^{-11}$ ) o el $\ce{Mg(OH)2}$ ( $K_S= 5,61 \cdot 10^{-12}$ ).

a) Justifique cuáles de los metales de la Tabla pueden utilizarse como ánodo de sacrificio.b) Calcule la intensidad de corriente necesaria para obtener una producción diaria de

10 \text{ kg}

de magnesio metálico por electrólisis de

\ce{MgCl2}

fundido, escribiendo la reacción correspondiente.c) A partir del equilibrio de solubilidad del

\ce{MgCO3}

, determine la masa de magnesio que hay disuelta en

25 \text{ L}

de disolución saturada de dicha sal.d) Nombre o formule los cuatro compuestos que aparecen en negrita en el texto.

Datos: $F= 96500 \text{ C} \cdot \text{mol}^{-1}$ , Masa atómica relativa: $\ce{Mg}= 24,3$

ElectrólisisCorrosiónSolubilidad+1

a) Para que un metal pueda actuar como ánodo de sacrificio y proteger al hierro de la corrosión, debe poseer un potencial estándar de reducción menor que el del propio hierro (

E^\circ(\ce{Fe^3+/Fe}) = -0,04 \text{ V}

). Al tener un potencial más bajo, el metal tiene una mayor tendencia a oxidarse, actuando como ánodo en la pila galvánica espontánea que se forma, mientras que el hierro actúa como cátodo y permanece en su estado metálico.

E^\circ_{\text{red}}(\text{ánodo}) < E^\circ_{\text{red}}(\text{cátodo}) \implies E^\circ_{\text{red}}(\text{metal}) < -0,04 \text{ V}

Analizando los valores de la tabla proporcionada, los metales que cumplen con esta condición y, por tanto, pueden ser usados como ánodos de sacrificio son el cinc, el aluminio y el magnesio:

\begin{aligned} E^\circ(\ce{Zn^2+/Zn}) &= -0,76 \text{ V} < -0,04 \text{ V} \ E^\circ(\ce{Al^3+/Al}) &= -1,67 \text{ V} < -0,04 \text{ V} \ E^\circ(\ce{Mg^2+/Mg}) &= -2,38 \text{ V} < -0,04 \text{ V} \end{aligned}

b) En la electrolisis del

\ce{MgCl2}

fundido, se produce la descomposición del compuesto en sus elementos constituyentes mediante el paso de corriente eléctrica. Las semirreacciones en los electrodos son las siguientes:

\begin{aligned} \text{Ánodo (oxidación): } & \ce{2Cl- -> Cl2(g) + 2e-} \ \text{Cátodo (reducción): } & \ce{Mg^2+ + 2e- -> Mg(l)} \ \hline \text{Reacción global: } & \ce{MgCl2(l) -> Mg(l) + Cl2(g)} \end{aligned}

c) El cálculo de la solubilidad molar (

s

) del

\ce{Mg(OH)2}

en agua pura se realiza a partir de su constante de producto de solubilidad (

K_s

), empleando la siguiente tabla ICE (Inicio, Cambio, Equilibrio):

$\ce{Mg(OH)2(s) <=> Mg^2+(aq) + 2OH-(aq)}$ Inicio: --- | 0 | 0 Cambio: --- | +s | +2s Equilibrio: --- | s | 2s

K_s = [\ce{Mg^2+}][\ce{OH-}]^2 = s \cdot (2s)^2 = 4s^3

5,61 \cdot 10^{-12} = 4s^3 \implies s = \sqrt[3]{\frac{5,61 \cdot 10^{-12}}{4}} = 1,12 \cdot 10^{-4} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}