Ejercicio resuelto de Varios · Química · Región de Murcia · 2025

La corrosión es un proceso de degradación de los metales debido a reacciones con su entorno. Se trata de un problema de gran magnitud que causa graves daños a infraestructuras y equipos, con un elevado impacto económico (un 3.5% del PIB mundial). Uno de los procesos implicados en la corrosión es la oxidación.
2B Una forma de evitar la corrosión en equipamientos, como cascos de buques, oleoductos o tanques, es emplear "ánodos de sacrificio", también llamados ánodos galvánicos. Como su nombre indica, se trata de piezas de metal que se oxidan más fácilmente que el metal a proteger, evitando que este se corrompa. Considere los siguientes potenciales de reducción y conteste a las siguientes cuestiones:
$E^\circ\ (\mathrm{Mg^{2+}/Mg}) = -2{,}34\ \mathrm{V}$ y $E^\circ\ (\mathrm{Fe^{3+}/Fe}) = -0{,}04\ \mathrm{V}$

a) Entre el Fe y el Mg, explique brevemente cuál de ellos sería el componente del ánodo de sacrificio, protegiendo al otro de la oxidación. (0,30 puntos)
b) El ánodo de sacrificio debe estar en contacto físico con el metal a proteger de forma que, si dicho metal es oxidado por el entorno, el ánodo de sacrificio actuará, reduciéndolo de nuevo.
b1) Escriba la reacción redox ajustada que se produciría entre el $\mathrm{Fe^{3+}}$ y el Mg. Para ello escriba primero las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando cuál es cada una. (0,50 puntos)
b2) Indique cuántos electrones se intercambian en dicha reacción. (0,25 puntos)
b3) Calcule el potencial de dicha reacción (fuerza electromotriz) y la variación de energía libre, indicando si se trata de una reacción espontánea o no. (0,70 puntos)
c) Razone brevemente si será necesario reemplazar los ánodos de sacrificio cada cierto tiempo. (0,25 puntos)

$\textbf{a) Entre el Fe y el Mg, explique brevemente cuál de ellos sería el componente del ánodo de sacrificio. (0{,}30 puntos)}$

El ánodo de sacrificio tiene que ser el metal que se oxide con más facilidad, es decir, el que tenga el potencial de reducción más negativo.

$E^0(\mathrm{Mg^{2+}/Mg}) = -2{,}34 \text{ V} \ < \ E^0(\mathrm{Fe^{3+}/Fe}) = -0{,}04 \text{ V}$

El magnesio es, con mucha diferencia, el más reductor, así que es él quien forma el ánodo de sacrificio y el hierro el metal protegido.

$\textbf{b1) Escriba la reacción redox ajustada que se produciría entre el Fe}^{3+}\textbf{ y el Mg. (0{,}50 puntos)}$

Semirreacción de reducción, la del hierro, que es el que recupera su forma metálica:

$\mathrm{Fe^{3+}} + 3\,e^- \rightarrow \mathrm{Fe}$

Semirreacción de oxidación, la del magnesio:

$\mathrm{Mg} \rightarrow \mathrm{Mg^{2+}} + 2\,e^-$

Para igualar los electrones se multiplica la primera por 2 y la segunda por 3, y se suman:

$2\,\mathrm{Fe^{3+}} + 3\,\mathrm{Mg} \rightarrow 2\,\mathrm{Fe} + 3\,\mathrm{Mg^{2+}}$

Es exactamente lo que se busca: el magnesio del ánodo se oxida y, al hacerlo, devuelve el hierro oxidado a metal.

$\textbf{b2) Indique cuántos electrones se intercambian en dicha reacción. (0{,}25 puntos)}$

El mínimo común múltiplo de 3 y 2 es 6, y es el número que aparece al ajustar:

$n = 6 \text{ electrones}$

$\textbf{b3) Calcule el potencial de dicha reacción (fuerza electromotriz) y la variación de energía libre, indicando si se trata de una reacción espontánea o no. (0{,}70 puntos)}$

$E^0 = E^0_{\text{reducción}} - E^0_{\text{oxidación}} = -0{,}04 - (-2{,}34) = 2{,}30 \text{ V}$

Conviene subrayar que el potencial no se multiplica al ajustar las semirreacciones: es una propiedad intensiva y no depende de la cantidad de sustancia.

$\Delta G^0 = -n\,F\,E^0 = -6 \cdot 96\,500 \cdot 2{,}30$

$\Delta G^0 = -1\,331\,700 \ \mathrm{J} = -1332 \ \mathrm{kJ}$

Como $E^0 > 0$ y $\Delta G^0 < 0$, la reacción es $\textbf{espontánea}$, que es la condición para que la protección catódica funcione sin aportar energía.

$\textbf{c) Razone brevemente si será necesario reemplazar los ánodos de sacrificio cada cierto tiempo. (0{,}25 puntos)}$

Sí. El ánodo protege al hierro justamente oxidándose en su lugar, de modo que en cada ciclo se consume una parte de su magnesio, que pasa a la disolución como $\mathrm{Mg^{2+}}$.

Como la pieza va perdiendo material de forma irreversible, llega un momento en que se agota y deja de proteger. Por eso hay que inspeccionar los ánodos periódicamente y reemplazarlos.