Modelación fenomenológica atómica de la corrosión de hierro

Abstract

El modelamiento atómico propuesto en este trabajo es un modelo discreto de la semi-reacción de oxidación de hierro. en el. Para probar el modelo y obtener resultados por medio de simulaciones computacionales se eligió la cinética del proceso de corrosión por deposición de cobre; reportada en la literatura como de primer orden en relación a la concentración de cobre cúprico en la solución acuosa. Por medio de un conteo de átomos reaccionantes se obtuvieron los valores de las concentraciones de iones, valores que fueron introducidos en la ecuación cinética de la reacción para obtener en el tiempo transcurrido. Las variables manipuladas durante las simulaciones fueron: temperatura y iones presentes en solución a tiempo 0 (tanto de hierro como de cobre) y volumen de solución, el cual se supuso constante a lo largo de la reacción. Los valores elegidos para los distintos parámetros son consecuencia directa de las limitaciones computacionales que presenta el utilizar un computador personal. Entre los resultados se obtuvo una respuesta inicial de alto orden aparente, como consecuencia de la dependencia de la oxidación con la superficie de hierro disponible, que se observó aumenta inicialmente para luego reducirse a medida que avanza la reacción más allá del punto de máxima superficie disponible. Este resultado es de gran importancia pues muestra como los modelos que evalúan el número de átomos que reaccionan a lo largo del tiempo pueden dar cuenta de fenómenos explicables pero que habitualmente no se modelan (un primer orden es imposible en la naturaleza ya que tiene derivada infinito en tiempo cero). Esta primera versión de este método de modelamiento se aplicó a la semi reacción de oxidación de hierro con dos propuestas de modelo de cristalización, y se consideró con precisión la semi-reacción de reducción de cobre cúprico en solución, que en el caso de una cementación se formaría sobre el hierro, modificando la disponibilidad de área reaccionante: en este sentido, el modelamiento es pertinente a una corrosión más que al proceso mismo de cementación. Tampoco se incluyó la difusión de iones ferrosos desde el sitio de reacción al seno de la solución; suponiéndose que esta fuese instantánea. Dentro de las limitaciones de esta hipótesis, se concluyó que el simulador desarrollado fue capaz de incorporar distintos fenómenos, desde la base científica teórica, en la forma de modelos icónicos, para obtener explicaciones gráficas contrastables con resultados experimentales. Se espera que con los avances en cuanto a las capacidades computacionales este método de simulación sea útil en el modelamiento de sistemas más grandes.