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Deterioro y corrosión de metales
- 1. CIENCIA BÁSICA APLICADA A LA RESTAURACIÓN 1 PRÁCTICA. DETERIORO DE MATERIALES CONSTITUTIVOS DEL PATRIMONIO CULTURAL: CORROSIÓN DE METALES ➢ OBJETIVOS. • Conocer los cambios que pueden sufrir los metales en distintas condiciones ambientales • Determinar los productos de degradación que se forman. ➢ FUNDAMENTO TEORICO Las reacciones de corrosión son reacciones Redox en las cuales un metal es atacado por alguna sustancia en su ambiente y convertido en un compuesto indeseado. No obstante, la oxidación puede dar como resultado la formación de una capa de óxido protectora y aislante, que evita una reacción posterior. Uno de los procesos de corrosión más comunes es el del hierro. El hierro ha sido empleado para fabricación de distintos bienes culturales, tal es el caso de los cañones, herramienta y herrería, entre otros así como en la construcción. Se sabe que la corrosión del hierro requiere oxígeno, el hierro no se corroe en el agua, a menos de que esté presente oxígeno. La corrosión también requiere agua; el hierro no se corroe en aceite, aun cuando la solución contenga oxígeno y a menos que haya agua. Otros factores como el pH de la solución, la presencia de sales, el contacto con metales más difíciles de oxidar que el hierro, y las fuerzas de tensión sobre el hierro, pueden acelerar la corrosión. En esta práctica se podrá observar cómo es que dependiendo de las condiciones en las que se encuentre un metal, se crearán distintos productos de corrosión. CONCEPTOS QUE DEBE DOMINAR EL ESTUDIANTE Corrosión Reacciones Redox Tipos de mezclas pH Deterioro - Realiza los cálculos para preparar las siguientes soluciones: 25 ml de HCl 20%. Se parte de una solución concentrada 37%. 100 ml de BaCl2 5%. 50 ml de H2SO4 50%. Se parte de una solución concentrada 99%. 60 ml de HNO3 10%. Se parte de una solución concentrada 70%. 50 ml de AgNO3 5%. LA PRÁCTICA ESTA DIVIDIDA EN DOS SESIONES. SESIÓN I. MATERIAL Y REACTIVOS Material por equipo Equipo de seguridad individual Equipo de laboratorio por equipo Reactivos por equipoMaterial de laboratorio por equipo Material que deberá de traer el equipo Material Cantidad Material Cantidad Muestras de metal (Acero) 4 Frascos tipo Gerber (presentación de 113 g) 3 piezas Bata Balanza Analitica Agua destilada Recipientes de plástico con tapa 4 Lija de agua #120 1 pieza Agua de mar sintética Tiras reactivas de pH varias Etiquetas varias Guantes de látexProbeta de 100 mL 1 pieza Cinta adhesiva 1 pieza Solución ácida Vidrió de reloj 1 Tijeras 1 pieza Acetona PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se someterán una serie de fragmentos de metal en diferentes condiciones.
- 2. CIENCIA BÁSICA APLICADA A LA RESTAURACIÓN 2 a) Preparación y limpieza de las muestras. 1. Lija la superficie del metal con la lija de papel. 2. Sumerja el metal en acetona, para eliminar la grasa. 3. Por último, seca los metales con un paño o papel y evita tocarlos con los dedos para no dejar huellas. b) Determinación de las masas iniciales de los metales 1. Con ayuda de la balanza analitica determina la masa inicial de cada placa de metal. 2. Registra las lecturas. c) Determinación de la acidez inicial de las disoluciones. 1. Con ayuda del papel indicador determina el pH inicial de cada una de las disoluciones. 2. Sumerge una tira reactiva de pH, en los contenedores de las disoluciones. 3. Realiza la medición tres veces, y anota los resultados. Preparación del Medio Oxidante: Solución 1. Etiqueta correctamente todos los frascos. Como indica el Esquema 1 y la tabla 1. 2. Mide con una probeta 80 mL de cada disolución y añádelos a los correspondientes frascos. 3. Una vez determinada la masa de cada metal, introduce el metal sujetado por medio de hilos como indica el Esquema 2. Sella la tapa con cinta adhesiva. 4. Coloca el frasco dentro del recipiente de plástico. Tápalo y séllalo con cinta adhesiva. Como indica el Esquema 3. 5. Etiqueta correctamente el segundo frasco. Como indica el Esquema 1. Preparación del Medio Oxidante: Medio ambiente 1. Coloca una etiqueta (esquema 1) y un hilo en la muestra de metal como lo indica el esquema 4. 2. Cuelga el metal al exterior del salón. Tabla 1. Solución y metales # Frasco Solución Muestra # (Placa de metal) Metal 1 Agua de mar M1 ACERO 2 Solución ácida M2 ACERO 3 Agua destilada M3 ACERO ESQUEMA 1 ESQUEMA 2 ESQUEMA 3 ESQUEMA 4 SESIÓN II. ACTIVIDAD EXPERIMENTAL MATERIAL Y REACTIVOS Material y reactivos de laboratorio por equipo Equipo de seguridad individual Equipo de laboratorio Material Cantidad Reactivos por equipo Muestras de metal con productos de corrosión HCl 20%. Bata de algodón Balanza Analitica Portaobjetos varios BaCl2 5%. Guantes de látex Microscopio Estereoscópico Tiras reactivas de pH varios H2SO4 50% Papel absorbente HNO3 10% Pipetas Pasteur con bulbo 6 AgNO3 5%. Palitos de madera 4 cristales de Difenilamina Espátula 1 pieza Agua destilada
- 3. CIENCIA BÁSICA APLICADA A LA RESTAURACIÓN 3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Pesa nuevamente cada una de las muestras que sumergiste en las disoluciones y las que estaban en condiciones ambientales, registra la masa. 2. Compara las variaciones y explica el aumento o disminución de peso. 3. Registra el pH de las disoluciones. 4. Toma muestras de cada uno de los fragmentos de mental y obsérvelas en el microscopio estereoscópico. 5. Identifica los posibles productos de corrosión que presentan, con base a las siguientes pruebas. Las reacciones se llevarán a cabo bajo el microscopio estereoscópico, usa un fondo de contraste y agrega con una pipeta Pasteur una gota pequeña de reactivo según el orden en que se indica (Esquema 5), evitando el contacto de la pipeta con la muestra. ESQUEMA 5 CARBONATOS Coloca la muestra en un portaobjetos y agrega una gota de HCl 20%. Si se observa efervescencia, se confirma la presencia de carbonatos. 𝑪𝑶 𝟑 𝟐− + 𝟐𝑯𝑪𝒍 → 𝟐 𝑪𝒍− + 𝑯 𝟐 𝑶 + 𝑪𝑶 𝟐 ↑ (𝑫𝒊ó𝒙𝒊𝒅𝒐 𝒅𝒆 𝑪𝒂𝒓𝒃𝒐𝒏𝒐) SULFATOS Coloca la muestra en un portaobjetos y agrega 2 gotas de BaCl2 5%. Si se forma un velo blanco y el precipitado da la formación de cristales en forma de agujas, se confirma la presencia de sulfatos. 𝑺𝑶 𝟒 𝟐− + 𝑩𝒂𝑪𝒍 𝟐 + 𝑯𝑪𝒍 → 𝑩𝒂𝑺𝑶 𝟐 ↓ 𝑩𝒍𝒂𝒏𝒄𝒐 (𝑺𝒖𝒍𝒇𝒂𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒓𝒊𝒐) NITRATOS Coloca la muestra en un portaobjetos y agrega 1 gota de H2SO4 50% y unos cristales de difenilamina. Si se forma un halo azul - verde alrededor de la muestra, se confirma la presencia de nitratos. 𝑵𝑶 𝟑 − + 𝑯 𝟐 𝑺𝑶 𝟒 + → 𝑵 − 𝑵𝑶 𝟑 − (Halo azul − verde ) CLORUROS Coloca la muestra en un portaobjetos y agrega 1 gota de HNO3 10% y después una gota de AgNO3 5%. Si se forma un precipitado blanco que al contacto con la luz ennegrece, se confirma la presencia de cloruros. 𝑪𝒍− + 𝑯𝑵𝑶 𝟑 + 𝑨𝒈𝑵𝑶 𝟑 → 𝑨𝒈𝑪𝒍− ↓ (𝑷𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒕𝒂𝒅𝒐 𝑩𝒍𝒂𝒏𝒄𝒐) 6. Anota los resultados obtenidos. 7. Discute los resultados basándote en las condiciones que cada muestra se encontraban.