CIENCIA BÁSICA APLICADA A LA RESTAURACIÓN

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PRÁCTICA #4. 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

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 equipo Material 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 látex Probeta 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.

a) Preparación y limpieza de las muestras.

1. Lijar la superficie del metal con la lija de papel. 2. Sumergir el metal en acetona, para eliminar la grasa. 3. Por último, secar los metales con un paño o papel y evitar tocarlos con los dedos para no dejar huellas.

b) Determinación de las masas iniciales de los metales 1. Con ayuda de la balanza analítica determinar la masa inicial de cada placa de metal. 2. Registrar las lecturas en la tabla 1.

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c) Determinación de la acidez inicial de las disoluciones.

1. Con ayuda del papel indicador determinar el pH inicial de cada una de las disoluciones. 2. Sumergir una tira reactiva de pH, en los contenedores de las disoluciones. 3. Realizar la medición tres veces, y anota los resultados en la tabla 2.

Preparación del Medio Oxidante: Solución 1. Etiquetar correctamente todos los frascos como indica el

esquema 1 y la tabla 3. 2. Medir con una probeta 80 mL de cada disolución y añadirlos a los

frascos correspondientes. 3. Una vez determinada la masa de cada metal, introducir el metal

sujetado por medio de hilos como se indica en el Esquema 2. Sella la tapa con cinta adhesiva.

4. Colocar el frasco dentro del recipiente de plástico. Taparlo y sellarlo con cinta adhesiva como indica el Esquema 3.

5. Etiquetar correctamente el segundo frasco como indica el esquema 1.

Preparación del Medio Oxidante: Medio ambiente

1. Colocar una etiqueta (esquema 1) y un hilo en la muestra de metal como lo indica el esquema 5.

2. Colgar el metal al exterior del salón.

Tabla 3. 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

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Pesar nuevamente cada una de las muestras que se sumergieron en las disoluciones y las que

estaban en condiciones ambientales, registra la masa en la tabla 1. 2. Comparar las variaciones y explicar el aumento o disminución de peso. 3. Registrar el pH de las disoluciones y anotarlo en la tabla 2. 4. Tomar muestras de cada uno de los fragmentos de mental y obsérvelas en el microscopio

estereoscópico. 5. Identificar los posibles productos de corrosión que presentan, con base a las siguientes pruebas.

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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 Colocar la muestra en un portaobjetos y agregar una gota de HCl 20%. Si se observa efervescencia, se confirma la presencia de carbonatos.

𝑪𝑶𝟑𝟐− + 𝟐𝑯𝑪𝒍 → 𝟐 𝑪𝒍− + 𝑯𝟐𝑶 + 𝑪𝑶𝟐 ↑ (𝑫𝒊ó𝒙𝒊𝒅𝒐 𝒅𝒆 𝑪𝒂𝒓𝒃𝒐𝒏𝒐)

SULFATOS

Colocar la muestra en un portaobjetos y agregar 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.

𝑺𝑶𝟒𝟐− + 𝑩𝒂𝑪𝒍𝟐 + 𝑯𝑪𝒍 → 𝑩𝒂𝑺𝑶𝟐 ↓ 𝑩𝒍𝒂𝒏𝒄𝒐 (𝑺𝒖𝒍𝒇𝒂𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒓𝒊𝒐)

NITRATOS

Colocar la muestra en un portaobjetos y agregar 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.

𝑵𝑶𝟑− + 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 + → 𝑵 − 𝑵𝑶𝟑

− (Halo azul − verde ) CLORUROS

Colocar la muestra en un portaobjetos y agregar 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− + 𝑯𝑵𝑶𝟑 + 𝑨𝒈𝑵𝑶𝟑 → 𝑨𝒈𝑪𝒍− ↓ (𝑷𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒕𝒂𝒅𝒐 𝑩𝒍𝒂𝒏𝒄𝒐)

6. Anotar los resultados obtenidos en la tabla 4. 7. Discutir los resultados basándote en las condiciones que cada muestra se encontraban. 8. Completar la tabla 5 de observaciones. RESULTADOS Y OBSERVACIONES

Tabla 1. Masa inicial de cada metal

Solución Muestra # Metal Masa inicial (g) Masa final (g) Variación de

masa

Agua de mar M1 PLACA DE ACERO

Solución ácida M2 PLACA DE ACERO

Agua destilada M3 PLACA DE ACERO

Condiciones ambientales

M4 PLACA DE ACERO

Tabla 2. pH inicial de las soluciones

Soluciones Lecturas de pH

Lectura 1 Lectura 2 Lectura 3 Promedio

Agua de mar Lectura inicial

Lectura final

Solución ácida Lectura inicial

Lectura final

Agua destilada Lectura inicial

Lectura final

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Tabla 4. Identificación de productos de corrosión.

Muestra Productos de corrosión

Análisis de los resultados Cloruros Sulfatos Nitratos Carbonatos

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 4

Tabla 5. Observaciones

Muestra Apariencia del metal

Color de la disolución

Corrosión localizada

Observación bajo el microscopio

Apariencia del solido en la superficie

Apariencia del solido en el

fondo del vaso

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 4

Algunas orientaciones para completar la tabla son: • En la apariencia del metal indica si tiene o no brillo, o si se ha oscurecido. • En corrosión localizada indica si se aprecian o no picaduras y en qué zona. • En la observación a la lupa, indica la forma, el tamaño y el número de picaduras, así como dónde han aparecido. • En aparición de sólido en la superficie del metal indica si es apreciable o no, y en qué forma, por ejemplo como óxido. • En aparición de sólido en el fondo del vaso indica si se han desprendido partes del metal y qué color tienen. CUESTIONARIO

¿Por qué fue distinto el deterioro en cada pieza de metal?

¿Por qué consideras que es importante realizar este tipo de prácticas?

¿Cuál es la diferencia entre la corrosión en el medio ambiente y la corrosión de un material sumergido en agua de mar?

¿Cómo influyeron los distintos pH en el deterioro de las muestras?