568131 aula potencial eletroquímico e pilhas de corrosão

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PROF. GUSTAVO MEDEIROS
EMAIL: gustavo.souza@ifrn.edu.br
Macau, 2016.
CORROSÃO
- POTENCIAIS ELETROQUÍMICOS E PILHAS DE CORROSÃO
1 – CONCEITOS BÁSICOS
OXIDAR  PERDER e- (aumento do NOX)
REDUZIR  GANHAR e- (diminuição do NOX)
ENERGIA QUÍMICA
ENERGIA ELÉTRICA
PILHA
ELETRÓLISE
REAÇÃO QUÍMICA
CORRENTE 
ELÉTRICA
DIFERENÇA ENTRE PILHA E ELETRÓLISE:
ESPONTÂNEO
NÃO ESPONTÂNEO
REAÇÃO QUÍMICA REDOX  CORRENTE ELÉTRICA (i)
1 – CONCEITOS BÁSICOS
EXEMPLO:
CuSO4 (aq) + Zn (s)  Cu(s) + ZnSO4(aq)
+2
0
0
+2
redução
oxidação
PILHA DE DANIEL
2 – CELAS ELETROQUÍMICAS
PILHA DE DANIEL
2 – CELAS ELETROQUÍMICAS
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Cu2+
Cu2+
Cu2+
Cu2+
ELÉTRONS
PONTE SALINA
CÁTIONS
ÂNIONS
PILHA DE DANIEL
2 – CELAS ELETROQUÍMICAS
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
ELÉTRONS
PONTE SALINA
CÁTIONS
ÂNIONS
Cu2+
Cu2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
PILHA DE DANIEL
2 – CELAS ELETROQUÍMICAS
Neste processo teremos, simultaneamente, a ocorrência das seguintes reações:
PILHA DE DANIEL
2 – CELAS ELETROQUÍMICAS
a) Quem sofre oxidação?
Co
Co2+
Au3+
Au
b) Quem sofre redução?
c) Qual o eletrodo positivo ou cátodo?
d) Qual o eletrodo negativo ou ânodo?
e) Que eletrodo será gasto?
f) Qual dos eletrodos terá a sua massa aumentada?
3 – POTENCIAL ELETROQUÍMCO
Eletrodo Padrão de hidrogênio
Para medir o potencial absoluto de um eletrodo metálico, foi necessário adotar um eletrodo padrão. O eletrodo escolhido foi denominado de ELETRODO PADRÃO DE HIDROGÊNIO.
Usa-se uma placa de platina esponjosa, que tem a propriedade de reter o gás hidrogênio, desse modo, forma-se uma película de H2 sobre a platina; 
A reação desse eletrodo é: 
H2 (g) + 2e- 2H+ (aq) 
Potencial do eletrodo (E0 ) é igual a Zero.
Todos os metais serão confrontados com esse eletrodo padrão. 
3 – POTENCIAL ELETROQUÍMCO
Eletrodo Padrão de hidrogênio
Para o Zinco, temos o valor no voltímetro de 0,76 V, que é denominado potencial de oxirredução do Zinco, indicado por E0 
O zinco está funcionando como polo negativo (anodo) e o hidrogênio como polo positivo (catodo) 
O Hidrogênio tanto pode ceder elétrons como receber elétrons
4 – ESPONTANEADADE DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
Ag+ + Cu0  Ag0 + Cu+2
+1
0
0
+2
redução
oxidação
Para saber se é a reação é espontânea ou não, calcula-se a diferença entre os potencias de redução do elemento que sofre redução pelo elemento que sofre oxidação, se o valor for positivo a reação é ESPONTÂNEA.
EXEMPLO 1:
4 – ESPONTANEADADE DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
Al3+ + Ag  Al + Ag+1
+3
0
0
+1
redução
oxidação
EXEMPLO 2:
4 – ESPONTANEADADE DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
Cu2+ + Al  Cu + Al+3
+2
0
0
+3
redução
oxidação
EXEMPLO 3:
4 – ESPONTANEADADE DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
Cu2+ + Al  Cu + Al+3
+2
0
0
+3
redução
oxidação
EXEMPLO 3:
4 – ESPONTANEADADE DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
a) Fe(s) + Cu2+(aq)  Cu(s) + Fe+2(aq)
EXERCÍCIO 1: Identifique se as reações são espontâneas ou não espontâneas.
4 – ESPONTANEADADE DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
b) Ag(s) + Cu2+(aq)  Cu(s) + Ag+(aq)
EXERCÍCIO 1: Identifique se as reações são espontâneas ou não espontâneas.
4 – ESPONTANEADADE DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
EXERCÍCIO 2: Uma fita de um determinado metal (que pode ser cobre, zinco, chumbo ou alumínio) foi enrolada em torno de um prego de ferro, e ambos mergulhados numa solução de água salgada. Observou-se, após algum tempo, que o prego de ferro foi bastante corroído. Dados os potenciais-padrão de redução
Conclui-se que o metal da fita deve ser qual?
 Cu ou Pb 
 Al ou Pb 
 Al ou Cu 
 Zn ou Al 
 Zn ou Pb
5 – PILHAS DE CORROSÃO
5.1 PILHAS DE ELETRODOS DIFERENTES (GALVÂNICAS)
Imagine dois metais diferentes mergulhados num mesmo eletrólito, como mostra a figura abaixo .Como pode ser visto na figura, os metais tomados como exemplo são o ferro (E0=0,440V) e o cobre (E0=-0,337V). Neste caso, quem é o catodo e quem é o anodo? Para responder a pergunta, vamos tomar um exemplo.
Se uma tubulação de ferro for ligada a uma válvula de bronze (liga de cobre e estanho), em presença de eletrólitos (por exemplo, o próprio solo), tem-se uma corrosão no contato ferro-latão, corroendo-se, preferencialmente, o tubo de ferro, pois este funcionara como anodo da pilha formada. Como mostra a figura ao lado.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
5.1 PILHAS DE ELETRODOS DIFERENTES (GALVÂNICAS)
Outro exemplo é o caso do magnésio ligado a uma tubulação de ferro, estando o sistema enterrado. Pode-se verificar que o anodo é o Mg (potencial de + 2,37 V), que sofre corrosão, enquanto que o ferro funciona como catodo, ficando protegido.
Pode-se considerar como exemplos particulares de pilhas de eletrodos diferentes as chamadas pilhas ativa-passiva e de ação local.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
5.1. 1 PILHAS ATIVAS-PASSIVAS
Alguns metais e ligas tendem a tornar-se passivos devido à formação de uma película fina e aderente de óxido ou outro composto insolúvel nas suas superfícies. A passivação faz com que esses materiais funcionem como áreas catódicas. O íon cloreto e, em menor escala, o brometo e o iodeto destroem essa passivação ou impedem a sua formação. A destruição da passividade pelo íon cloreto não ocorre sobre toda a extensão da película, mas sim em pontos, talvez determinados por pequenas variações na estrutura e na espessura da película. Formam-se, então, pequenos pontos de metal ativo (ânodos) rodeados por grandes áreas de metal passivado (cátodos), originando uma diferença de potencial entre essas áreas da ordem dos 0,5 V. A pilha resultante é designada por pilha ativa-passiva.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
5.1.1 PILHAS ATIVAS-PASSIVAS
5 – PILHAS DE CORROSÃO
5.1.2 PILHAS DE AÇÃO LOCAL
Observa-se que o zinco puro resiste mais à ação do ácido sulfúrico ou clorídrico diluído que o zinco comercial.
As impurezas do zinco comercial (Fe, Cu, C, etc.) funcionam como micro-catodos, fazendo com que o zinco puro, presente, funcione como anodo.
Quando os anodos e os catodos estão em contato direto e na presença de um eletrólito forma-se uma pilha de ação local
5 – PILHAS DE CORROSÃO
5.2 PILHAS DE CONCENTRAÇÃO
Existem casos em que os eletrodos, embora de mesma natureza, podem, originar uma diferença de potencial, ocasionando processos de corrosão. Isto ocorre quando se tem o eletrodo em contato com diferentes concentrações de um mesmo eletrólito ou em contato com o mesmo eletrólito, porém em locais em que os teores de gases dissolvidos são diferentes.
São dois os tipos de pilha de concentração:
Pilha de concentração iônica;
Pilha de aeração diferencial.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
Pilha de concentração iônica;
São pilhas formadas por eletrodos de mesma natureza, em contato com soluções de diferentes concentrações. A figura abaixo mostra um esquema de uma pilha de concentração iônica.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
Pilha de concentração iônica;
De forma resumida, o ANODO é aquele metal que se encontra na SOLUÇÃO DILUÍDA. Por outro lado, o CATODO é aquele colocado na SOLUÇÃO CONCENTRADA.
As diferenças locais das concentrações dos íons metálicos, ocasionadas pela agitação inadequada ou difusão dos íons metálicos, podem ativar ou iniciar a corrosão por um mecanismo galvânico que se denomina de célula ou pilha de concentração iônica.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
2. Pilha de aeração diferencial;
São pilhas constituídas de ELETRODOS IDÊNTICOS, em contato com o mesmo eletrólito e de mesma concentração, mas apresentando regiões com diferentes concentrações de gases dissolvidos. 
Como ocorre com mais frequência em regiões com diferentes concentrações de oxigênio, é conhecida por pilha de
oxigenação diferencial. A diferença de concentração origina uma ddp, funcionando o eletrodo mais aerado como catodo e o menos aerado como anodo, como mostra a figura ao lado.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
2. Pilha de aeração diferencial;
Em frestas,onde a aeração é pequena, a baixa concentração de oxigênio no eletrólito que se encontra no interior das mesmas, e uma concentração maior de oxigênio no eletrólito que se encontra em contato com o metal fora das frestas, gera uma ddp.
Tubulações onde ocorra a possibilidade de deposição de partículas sólidas, como óxidos, areia, etc., estão sujeitas ao mesmo processo corrosivo.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
3. Pilhas de temperaturas diferentes;
São pilhas constituídas de eletrodos do mesmo material metálico, imersos em eletrólito de mesma composição inicial, porém os eletrodos estando a diferentes temperaturas. Quanto ao estudo do fenômeno,temos que a elevação de temperatura na região eletrodo eletrólito ocasiona:
Aumento da velocidade da reação eletroquímica, bem como o aumento da taxa de difusão. Logo, o aumento da temperatura aumenta a velocidade do processo corrosivo neste eletrodo.
quantidade de gases dissolvidos que, segundo o princípio da pilha de aeração diferencial, aumenta a velocidade do processo corrosivo neste eletrodo. No entanto, se estes gases não puderem escapar da região, ocorre a diminuição do processo corrosivo.
5 – PILHAS DE CORROSÃO
Pode aumentar a porosidade, volatilidade e solubilidade das películas protetoras formadas sobre a superfície do eletrodo, diminuindo, assim, a passivação e aumentando o processo corrosivo do eletrodo. No entanto, poderá aumentar a plasticidade da película protetora fazendo com que a mesma possa recobrir uma maior área do eletrodo, diminuindo, assim, o processo corrosivo no eletrodo em questão.