Rodrigo Andrade_Lista 6

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CAPÍTULO 6: 
(Data de entrega: DATA DA 2a PROVA) 
1. Os seguintes dados de ganho de massa devido à formação de um óxido foram 
coletados durante a oxidação de uma barra de liga metálica: 1 min (60 s) = 0,401 mg; 1 h (3600 
s) = 24,01 mg; 1 dia (86400s) = 576 mg. Devido às condições experimentais, não é possível 
inspecionar visualmente a camada de óxido. Diga se ela é (1) porosa e descontínua ou (2) 
densa e tenaz. Explique brevemente sua resposta. 
Se trata de uma camada de óxido porosa e descontínua, pois ao traçar os dados em um 
gráfico podemos ver que forma uma reta, ou seja, a taxa de crescimento é linear. 
2. As densidades para três óxidos de ferro são FeO (5,70 Mg/m3), Fe3O4 (5,18 Mg/m3) e 
Fe2O3 (5,24 Mg/m3). Calcule a razão de Pilling-Bedworth para o ferro relativo a cada tipo de 
óxido e comente as implicações para a formação de uma camada protetora. 
𝑅 =
𝑀ó𝑥𝑖𝑑𝑜 . 𝜌𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙
𝑛 . 𝑀𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 . 𝜌ó𝑥𝑖𝑑𝑜
 
 
• 𝑭𝒆𝑶 
𝑅 =
71,84 . 7,87
1 . 55,84 . 5,70 
= 1,77 
Forma uma camada protetora 
• 𝑭𝒆𝟑𝑶𝟒 
𝑅 =
231,52 . 7,87
3 . 55,84 . 5,18 
= 2,09 
Forma uma camada não protetora (camada de óxido desplaca) 
• 𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑 
𝑅 =
159,68 . 7,87
2 . 55,84 . 5,24 
= 2,14 
Forma uma camada não protetora (camada de óxido desplaca) 
 
3. Dada a densidade do SiO2 (quartzo) = 2,65 Mg/cm3, calcule a razão de Pilling-
Bedworth para o silício e comente as implicações para a formação de uma camada protetora 
se o quartzo fosse o óxido formado. 
𝑅 =
𝑀ó𝑥𝑖𝑑𝑜 . 𝜌𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙
𝑛 . 𝑀𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 . 𝜌ó𝑥𝑖𝑑𝑜
 
𝑅 =
60,08 . 2,33
1 . 28,08 . 2,65 
= 1,88 
Forma uma camada protetora. O quartzo deve ser formado em altas temperaturas e, 
neste cenário, o filme de óxido não é estável. 
 
 
4. Em contraste com o assumido no problema anterior, a oxidação do silício tende a 
produzir um filme de sílica vítrea com densidade = 2,20 Mg/cm3. A fabricação de 
semicondutores rotineiramente envolve estes filmes vítreos. Calcule a razão de Pilling-
Bedworth para este caso e comente as implicações para a formação de um filme tenaz. 
𝑅 =
𝑀ó𝑥𝑖𝑑𝑜 . 𝜌𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙
𝑛 . 𝑀𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 . 𝜌ó𝑥𝑖𝑑𝑜
 
𝑅 =
60,08 . 2,33
1 . 28,08 . 2,20 
= 2,26 
Forma uma camada não protetora. A camada de óxido desplaca. 
5. Verifique a assertiva relativa às equações dy/dt = c3/y e y2 = c4t + c5 em que c4 = 2c3 e 
c5=y2 em t=0. 
y2 = c4t + c5 
y2 = c40 + c5 
y2 = c5 
 
6. Em uma célula de corrosão por concentração iônica envolvendo níquel (formando 
Ni+2), uma corrente elétrica de 5 mA foi medida. Quantos átomos de Ni por segundo são 
oxidados no ânodo? 
𝑖 =
𝑛 . 𝑒
𝑑𝑡
 
0,05 =
𝑛 . 1,6𝑥10−19
1𝑠
 
𝑛/𝑠 =
31,25𝑥1015
2
 
𝑛/𝑠 = 15,62𝑥1015 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 
 
7. Para a célula descrita no problema anterior, quantos átomos de Ni por segundo são 
reduzidos no cátodo? 
O número de átomos para a reação catódica é o mesmo da reação anódica, logo: 
 
𝑛/𝑠 = 15,62𝑥1015 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 
 
8. (a) Em uma célula galvânica simples, consistindo em eletrodos de Co e Cr imersos em 
soluções iônicas 1 molar, calcule o potencial da célula. (b) Qual metal sofrerá corrosão nesta 
célula? 
𝐶𝑂3
+ + 1𝑒 = 𝐶𝑂2
+ (𝐸𝑟𝑒𝑑
0 = 1,84 𝑉) 
𝐶𝑟3 + 3𝑒 = 𝐶𝑟 (𝐸𝑟𝑒𝑑
0 = −0,74 𝑉) 
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙: 1,84 − (−0,74) = 2,58 𝑉 
O metal que sofrerá corrosão será o cromo. 
9. Identifique o ânodo nas seguintes células galvânicas, incluindo uma breve discussão 
para cada resposta. (a) eletrodos de cobre e níquel em soluções padrão de seus próprios íons, 
(b) uma microestrutura bifásica de uma liga Pb-Sn 50:50, (c) uma solda chumbo-estanho em 
uma liga de alumínio 2024 na água do mar, e (d) um parafuso de latão em uma placa de 
Hastelloy C, também em água do mar. 
a) Níquel 
b) Sn 
c) Al 2024 
d) Latão 
 
10. Uma liga cobre-níquel (35% peso – 65% peso) é corroída em uma célula de 
concentração de oxigênio gasoso usando água em ebulição. Que volume de oxigênio gasoso 
(a 1 atm) será consumido no cátodo para corroer 10g da liga? (Assuma que somente íons 
bivalentes são produzidos). 
T = 100ºC = 373 K 
𝐶𝑢+2 + 2𝑒 → 𝐶𝑢0 
𝑁𝑖0 → 𝑁𝑖+2 + 2𝑒 
𝐶𝑢+2 + 𝑁𝑖0 → 𝐶𝑢0 + 𝑁𝑖+2 
𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 4𝑒 → 4(𝑂𝐻)
− 
𝐶𝑢+2 + 𝑁𝑖0 + 𝑂2 + 2𝐻2𝑂 → 𝐶𝑢
0 + 𝑁𝑖+2 + 4(𝑂𝐻)− 
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑢 − 𝑁𝑖 = 122,24𝑔 → 1 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 = 32𝑔 
10𝑔 𝐶𝑢 − 𝑁𝑖 = 0,081 𝑚𝑜𝑙 
0,081 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑢 − 𝑁𝑖 = 10𝑔 → 0,081 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 = 2,61𝑔 
𝑃𝑣 = 𝑛𝑅𝑇 
𝑣 =
𝑛𝑅𝑇
𝑃
 
𝑣 =
0,081 . 8,2𝑥10−5 . 373
1
 
𝑣 = 2,48𝑥10−3 𝑚3 𝑑𝑒 𝑂2 
 
 
 
 
 
 
 
 
11. Assuma que ferro é corroído em um banho ácido, com a reação do cátodo sendo dada 
pela equação 2H+ + 2e- = H2 reação de redução do hidrogênio. Calcule o volume de gás H2 
produzido nas CNTP para corroer 100g de ferro. 
𝐹𝑒0 → 𝐹𝑒+2 + 2𝑒 
2𝐻+ + 2𝑒 → 𝐻2 
𝐹𝑒0 + 2𝐻+ → 𝐹𝑒+2 + 𝐻2 
1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 = 55,845 𝑔 − 1,79 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 = 100 𝑔 
𝑃𝑣 = 𝑛𝑅𝑇 
𝑣 =
𝑛𝑅𝑇
𝑃
 
𝑣 =
1,79 . 8,2𝑥10−5 . 273
1
 
𝑣 = 0,04 𝑚3 𝑑𝑒 𝐻2 
 
12. Um ânodo de sacrifício de zinco protege da corrosão com uma corrente média de 2A 
no período de 1 ano. Que massa de zinco é necessária para esta proteção? 
1 𝑎𝑛𝑜 = 31,53𝑥106 𝑑𝑖𝑎𝑠 
𝑚 =
𝑖 . 𝑡 . 𝐸
𝐹
 
𝑚 =
2 . 31,53𝑥106 . 65,38
96500
 
𝑚 =
42,7 𝐾𝑔 𝑍𝑛
2
 
𝑚 = 21,36 𝐾𝑔 𝑍𝑛 
13. Um tipo de dano causado por radiação encontrado em uma variedade de sólidos está 
associado com a produção do par elétron-pósitron, que ocorre em um patamar de energia de 
1,02 MeV. (a) Qual é o comprimento de onda deste fóton? (b) Que tipo de radiação 
eletromagnética é esta? 
1 eV = 1,6022x10−19𝐽 
𝐸 = ℎ . 𝑣 
𝐸 = ℎ .
𝑐
𝜆
 
𝜆 =
ℎ . 𝑐
𝐸
 
𝜆 =
0,6626𝑥10−33 . 3,0𝑥108
1,63𝑥10−13
 
𝜆 = 1,22𝑥10−12 𝑚 
É um raio-x, devido ao valor do comprimento de onda. 
14. Calcule o diâmetro de uma partícula de abrasão para um disco de cobre sobre um aço 
1040. Suponha uma carga de 40kg para uma distância de 10mm. (Dureza Brinell do aço 1040 
= 235; k(x103) do cobre sobre o aço carbono = 1,5). 
𝑉 =
𝑘 . 𝑃 . 𝑥
3𝐻
 
𝑉 =
1,5𝑥103 . 40 . 0,01
3 . 235𝑥106
 
𝑉 = 0,851𝑥10−6 𝑚³ 
𝑉 =
4
3
 . 𝜋 . 𝑟³ 
0,851𝑥10−6 =
4
3
 . 𝜋 . 𝑟3 
𝑟 = 0,0058 𝑚 
𝑑 = 0,01175 𝑚 = 11,75 𝑚𝑚 
15. Calcule o diâmetro de uma partícula de abrasão produzida pelo desgaste adesivo de 
duas superfícies de aço inoxidável 410 sob às mesmas condições do problema anterior. 
(Dureza Brinell do aço inox 410 = 250; k(x103) do aço inox sobre o aço inox = 21). 
𝑉 =
𝑘 . 𝑃 . 𝑥
3𝐻
 
𝑉 =
21𝑥103 . 40 . 0,01
3 . 250𝑥106
 
𝑉 = 11,2𝑥10−6 𝑚³ 
𝑉 =
4
3
 . 𝜋 . 𝑟³ 
11,2𝑥10−6 =
4
3
 . 𝜋 . 𝑟3 
𝑟 = 0,01387 𝑚 
𝑑 = 0,02775 𝑚 = 27,76 𝑚𝑚