Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · Navarra · 2021

i) Justifique si se va a producir una reacción espontánea entre la disolución y el recipiente cuando se introduce una disolución de nitrato de hierro (II) en un recipiente de aluminio. [1,0 punto]

ii) Uno de los métodos para prevenir la corrosión del hierro consiste en unirle barras de otro metal, como por ejemplo el magnesio. Explique el fundamento de este proceso. [1,0 punto]

Datos: $E^o({\text{Al}}^{3+}\mathrm{/}\text{Al})=-\mathrm{1,67}\text{ V}$; $E^o({\text{Fe}}^{2+}\mathrm{/}\text{Fe})=-\mathrm{0,44}\text{ V}$; $E^o({\text{Mg}}^{2+}\mathrm{/}\text{Mg})=-\mathrm{2,36}\text{ V}$.

$\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{va}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{producir}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{espont}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nea}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{recipiente}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{introduce}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{nitrato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hierro}}\mathbf{\text{(II)}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{recipiente}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{aluminio.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

La reacción posible es que el aluminio del recipiente ceda electrones a los iones $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ de la disolución. Para saber si ocurre basta calcular la fem, tomando como cátodo la especie que se reduciría y como ánodo la que se oxidaría:

$2\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{s})+3\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to 2\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+3\mathrm{F}\mathrm{e}(\mathrm{s})$

$E^0=E^0(\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{F}\mathrm{e})-E^0(\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}\mathrm{/}\mathrm{A}\mathrm{l})=(-\mathrm{0,44})-(-\mathrm{1,67})$

$E^0=+\mathrm{1,23}\mathrm{V}$

Sale positiva, luego $\mathrm{\Delta }{G}^0=-nF{E}^0<0$ y la reacción $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{espont}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nea}}$: el aluminio se disolvería y sobre las paredes se depositaría hierro metálico. No se puede guardar esa disolución en un recipiente de aluminio.

$\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{Uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{todos}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{prevenir}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{corrosi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{hierro}}\mathbf{\text{consiste}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{unirle}}\mathbf{\text{barras}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{otro}}\mathbf{\text{metal,}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{ejemplo}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{magnesio.}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{fundamento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{proceso.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

Se llama protección catódica con $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nodo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sacrificio}}$, y se basa en comparar los potenciales de reducción:

$E^0(\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{M}\mathrm{g})=-\mathrm{2,36}\mathrm{V}<E^0(\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{F}\mathrm{e})=-\mathrm{0,44}\mathrm{V}$

El magnesio es más reductor que el hierro, así que al unir ambos metales el que cede los electrones es él:

$\mathrm{M}\mathrm{g}(\mathrm{s})\to \mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2e^{-}$

Esos electrones pasan al hierro y lo mantienen como cátodo, es decir, en su forma metálica reducida, impidiendo que se oxide a $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$. El magnesio se va corroyendo en su lugar —de ahí lo de «de sacrificio»— y basta sustituir las barras cada cierto tiempo.

Es el método habitual en cascos de barco, tuberías enterradas y depósitos, y sirve igual el cinc, que también tiene un potencial menor que el del hierro.