Relátorio Eletroquímica final

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
 
 
 
BRUNA DE MATTOS PELLIN 
DANILO SARTORI DO AMARAL 
GABRIELLE OTTO SANT’ANA 
JULIA HIROMI BANSHO 
MATHEUS LICHT PADILHA 
PATRYCIA NADAL CORRÊA 
 
 
 
 
 
 
 
MÉTODOS DE ANÁLISE ELETROQUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2019 
2 
 
BRUNA DE MATTOS PELLIN 
DANILO SARTORI DO AMARAL 
GABRIELLE OTTO SANT’ANA 
JULIA HIROMI BANSHO 
MATHEUS LICHT PADILHA 
PATRYCIA NADAL CORRÊA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÉTODOS DE ANÁLISE ELETROQUÍMICA 
 
 
Relatório técnico apresentado à disciplina de 
Química Analítica Aplicada – TQ032, do 
departamento de Engenharia Química, Universidade 
Federal do Paraná, como requisito parcial à 
aprovação na disciplina. 
 
Orientador: Prof. Dr. Arion Zandoná Filho 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2019 
3 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1 – Aplicações da Eletroquimica ...................................................................... 7 
Figura 2 - Painel fotovoltáico ....................................................................................... 9 
Figura 3 - Processo de Fabricação dos Painéis Fotovoltaicos .................................. 10 
Figura 4 – CAPA DE ÓXIDO NO ELETRODO DE COBRE ...................................... 13 
Figura 5- Resultado do experimento de proteção galvânica ..................................... 14 
Figura 6 - RESULTADO DO EXPERIMENTO DE PROTEÇÃO CATÓDICA ............ 15 
Figura 7 - RESULTADO DO EXPERIMENTO COM AS POLARIDADES INVERTIDAS
 .................................................................................................................................. 15 
 
 
 
 
4 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 5 
2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 6 
2.1. OBJETIVO PRINCIPAL ..................................................................................... 6 
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 6 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 7 
3.1 Galvanoplastia na Coatingtec ........................................................................ 7 
3.2 Baterias de lítio .............................................................................................. 8 
3.3 Painel solar da Portal Solar ............................................................................ 9 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................... 12 
4.1. PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA ........................................................... 13 
4.2. PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA ................................ 14 
5. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 17 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 18 
 
 
 
5 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
O processo corrosivo de uma estrutura metálica se dá pelo aparecimento de duas 
áreas iônicas, a catódica e a anódica em sua superfície. Quando há contato entre 
esses polos pelo meio condutor metálico, há um fluxo de elétrons no sentido 
conhecido como o convencional, do ânodo para o cátodo através do eletrólito. A taxa 
de corrosão tanto varia de acordo com a heterogeneidade do metal, quanto da força 
eletromotriz (corrente elétrica) envolvida. 
As principais técnicas para prevenção e controle de processos corrosivos destes 
materiais são revestimentos externos e proteção catódica. Os revestimentos são 
camadas aplicadas entre a superfície metálica e o meio corrosivo, que proporcionam 
a maior parte da proteção do metal. Porém, apenas o revestimento não garante a total 
proteção de uma estrutura metálica enterrada, sendo necessário utilizar métodos 
auxiliares em conjunto com o revestimento. Aí é onde entra a técnica de proteção 
catódica. 
Dentre os dois tipos existentes de proteção catódica, temos a proteção galvânica 
e a proteção catódica por corrente impressa, uma técnica que envolve a inserção de 
uma corrente controlada, gerada por um retificador ou outra fonte de corrente 
contínua, que é responsável por induzir um potencial de polarização na estrutura 
metálica a ser protegida, necessitando-se que a estrutura se mantenha sempre 
polarizada, enquanto que na segunda técnica, o material que é chamado de sacrifício, 
é quem fornece os elétrons tornando-se o ânodo. 
 
 
 
6 
 
2. OBJETIVOS 
 
2.1. OBJETIVO PRINCIPAL 
 
Analisar alguns conceitos básicos de proteção catódica da corrosão através de 
experimentos realizados em laboratório. 
 
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
a) Pesquisar sobre empresas que trabalham com processos de eletrodeposição; 
b) Avaliar o processo de proteção catódica galvânica (uso de metais de sacrifício); 
c) Avaliar o processo de proteção catódica por corrente impressa; 
d) Propor outra solução de eletrólise. 
 
 
 
7 
 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
A eletroquímica está presente em muitas partes da nossa vida. Ela é o ramo da 
Ciência que favorece as indústrias ao examinar processos como o de corrosão, 
modificação de material em contato com o meio. Essa ciência é aplicada na produção 
de sensores, cromagem de peças, produção de semijoias, produtos sanitizantes, 
como cloro e soda, e até na produção de combustível como o hidrogênio [7]. A Figura 
abaixo representa algumas das várias aplicações da eletroquímica. 
 
Figura 1 – Aplicações da eletroquímica 
 
3.1 Galvanoplastia na Coatingtec 
 
Resumidamente, a galvanoplastia é um processo de blindagem que atua como 
uma eletrodeposição onde os íons metálicos de determinada solução são conduzidos 
de um campo elétrico para o revestimento de um eletrodo. O objeto que será revestido 
deve ser conectado ao polo negativo de uma fonte, que atua como um cátodo, 
enquanto o metal a ser oxidado deve ser conectado a um polo positivo que atua como 
o ânodo [1]. 
De forma mais detalhada, o processo de galvanoplastia é executado em três 
etapas principais: pré-tratamento, tratamento e pós-tratamento das peças. O pré-
tratamento nada mais é que a preparação da superfície da peça para que ela tenha 
aderência, o que acaba favorecendo também a uniformidade e a aparência do metal 
que será depositado. Essa etapa pode ser realizada por escovação, lixamento, 
8 
 
polimento, decapagem e jateamento para remoção de rebarbas, sulcos, tintas, graxas 
e ferrugem. Na etapa de tratamento a peça é submetida a um ou mais banhos de 
metais para que obtenha uma fina camada metálica. Nessa etapa, a peça é ligada ao 
polo negativo de uma fonte de corrente contínua tornando-se cátodo, no qual ocorre 
a deposição do metal. Como exemplo, para a cromeação, a peça passa por um banho 
de cobre, outro de níquel e ao final recebe uma camada de crômio. O pós-tratamento 
um processo de lavagem com água fria ou quente, secagem em centrífuga, estufa ou 
jatos de ar, banho de óleo para embalagem, proteção e pintura ou envernizamento 
[2]. 
 
3.2 Baterias de lítio 
 
As empresas especializadas fazem o processamento do lítio, que ocorre em 
etapas. Primeiramente, o lítio é misturado a uma espécie de tinta que lhe dá o aspecto 
de uma folha de papel alumínio. A etapa seguinte consiste na prensa, onde o material 
passa por diversos rolos compressores de alta potência, semelhante à uma espécie 
de impressora gigantesca, que amassa, corta e ajusta o metal para que ele seja 
passado para frente. Após esse procedimento, ele se transforma em uma lâmina 
metálica superfina, com menos de 0,2 milímetro de espessura. Por fim, esse metal é 
enrolado no formato de bobinas e passa para a etapa seguinte, que é a fabricação de 
baterias. 
Pelo fato de o lítio serpegajoso e mole, ele precisa ser “casado” com um rolo 
de filme de propileno, que garante que ele não grude e se misture. Se uma lâmina 
aderir à outra, o metal perde as suas qualidades e a bateria acaba inutilizada. 
Esses rolos, já com proteção para não grudar, voltam às máquinas de bobinagem. O 
número de voltas necessárias vai de acordo com o tipo da bateria. Após enrolada, o 
material vai para uma espécie de forno, que faz com que tudo seja comprimido a vácuo 
e fique firme e sólido. 
Com as células de bateria produzidas, robôs realizam a produção dos contatos. 
Utilizando metal líquido, tudo é gravado na sua superfície, dando “acessibilidade” aos 
recursos do lítio e permitindo que os eletrônicos se comuniquem com ela. Finalmente, 
tudo isso se transforma em uma bateria. 
É importante destacar que as baterias de lítio devem ser produzidas em 
ambientes com menos de 1 % de umidade, isso ocorre pelo fato de o lítio metálico 
9 
 
reagir com o vapor de água para formar hidróxido de lítio, hidrogênio e calor. Quando 
as células de íons de lítio são fabricadas, os materiais que formam o cátodo, ânodo e 
eletrólito não são explosivos com água, mas são muito sensíveis à umidade, então os 
laboratórios para íons de lítio são normalmente mantidos em pontos de condensação 
mais baixos do que locais secos especiais para as baterias de lítio metálico. Um 
ambiente ultra seco e com baixo ponto de condensação é necessário para atingir altos 
níveis de rendimento do produto e controle de qualidade [4]. 
 
3.3 Painel solar da Portal Solar 
 
A energia solar é essencial, não só serve para o aquecimento de água como 
também para a produção de energia elétrica. O aproveitamento da energia solar 
térmica para produzir água quente tem sido cada vez mais empregada nas 
habitações, pois vem se apresentando como a opção mais rentável no aquecimento 
de água, como por exemplo em uma cozinha, casa de banho ou piscina. E para que 
seja feito esse aproveitamento de energia, são utilizados os painéis solares. Abaixo 
está representado o esquema de um painel fotovoltaico. 
 
 
Figura 2 - Painel fotovoltáico 
Os painéis fotovoltaicos devem ser fabricados utilizando-se a melhor tecnologia 
para que eles possam durar por décadas conforme foram projetados. Abaixo está 
esquematizado o processo de fabricação de painéis fotovoltaicos. 
10 
 
 
Figura 3 – Processo de Fabricação dos Painéis Fotovoltaicos 
O primeiro passo é a limpeza do vidro, que garante que não haja a formação 
de bolhas no painel solar. Em seguida vem uma das partes mais críticas, a 
interconexão das células fotovoltaicas, elas são interconectadas através de fios 
condutores normalmente feitos de cobre ou alumínio. O lado inferior de uma célula é 
conectado ao lado superior da seguinte célula até a formação da série de células com 
o número desejado. A terceira etapa desse processo é o sistema de montagem da 
matriz de células, conhecido como “layup”, que tem como função coletar as séries de 
células fotovoltaicas interconectadas e posicionar elas sobre o vidro e o EVA. Este 
processo é delicado e precisa ser feito por uma máquina especial para evitar quebrar 
as células e garantir o perfeito alinhamento delas no painel solar. O quarto passo do 
processo consiste na interconexão manual, a qual pode ser automatizada, que nada 
mais é que que a solda das células, a fim de criar uma ligação elétrica entre elas. A 
quinta etapa é o posicionamento do EVA e Backsheet, onde a segunda folha de EVA 
é colocada com cuidado sobre a matriz de células e em seguida o Backsheet sobre o 
EVA, a partir disso, o painel está pronto para entrar na laminadora e se tornar 
impermeável e protegido. A etapa seguinte é a laminação do painel solar, onde entram 
quatro painéis por vez na máquina de laminação. Nessa etapa, ocorre o 
derretimento/fundição do EVA e a formação de uma junção perfeita entre as camadas, 
que vão proteger as células contra as ações do tempo. O sétimo passo é o corte da 
rebarba, que consiste simplesmente no corte da rebarba que sobra da etapa 5. O 
oitavo passo é a instalação da caixa de junção, que possui dois diodos de by-pass 
11 
 
que vão garantir a segurança e um bom funcionamento do painel solar. A nona etapa 
é a colocação da moldura de alumínio, que vai fornecer rigidez e proteção para o vidro 
do painel. A décima etapa é o teste e inspeção, esta é a última etapa da linha de 
produção, e é essencial para garantir a qualidade. Por fim, a ultima etapa do processo 
é a separação e empacotamento dos painéis solares, onde eles serão separados em 
categorias de potência [6]. 
 
 
 
 
 
 
12 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Os experimentos realizados consistem na aplicação de potencial elétrico a 
eletrodos mergulhados em uma solução levemente ácida de cloreto de potássio e 
ferrocianeto de potássio com adição do indicador fenoftaleína. Os eletrodos utilizados 
foram um prego de ferro galvanizado, um eletodo de grafite e um eletrodo de cobre. 
Diversas reações de oxidação e redução ocorrem nesse sistema. Uma delas – 
apresentada na equação (1) – é a reação de redução da água para gerar hidrogênio, 
consequentemente, formando hidróxido. Isto explica a formação de uma capa rosa – 
devido a presença do indicador ácido/base – ao redor dos eletrodos, o que representa 
a basificação do meio. Ocorre também a oxidação da água, como mostrada na 
equação (2), gerando íons hidroxônio e acidificando ou neutralizando o meio. 
Também está presente a reação de oxidação do ferro, gerando ferro II, 
apresentada na equação (3). Outra reação que acontece é a oxidação do cobre, 
apresentada na equação (4), a qual é favorável termodinamicamente. 
Além destas, ocorre a formação de azul da prússia, representada pela equação 
(5), através da reação do ferro com hexacianoferrato. Em razão de o prego ser 
galvanizado por uma camada de níquel, também ocorre a reação de oxidação do 
níquel, apresentada na equação (6). 
 
2 H2O(l) + 2 e- → H2(g) + 2 OH-(aq) (1) 
6 H2O(l) → O2(g) + 4 H3O+ + 4 e- (2) 
Fe(s) → Fe2+ + 2 e- (3) 
Cu(s) → Cu2+ + 2 e- (4) 
Fe3+ + [Fe(CN)6]4- → [Fe(CN)6]3Fe4 (5) 
Ni(s) → Ni2+ + 2 e- (6) 
Ao se analisar os potenciais de redução das reações (5) e (6), percebe-se que 
o níquel é mais facilmente oxidado do que o ferro. Isso está relacionado ao fato de 
experimentalmente se observar muito mais da camada leitosa, que é a oxidação do 
níquel, em comparação a coloração azulada obtida pela formação do azul da prússia. 
13 
 
Mas ainda sim, é possível notar a presença das duas reações, o que mostra que 
mesmo o níquel sendo um bom material protetor, ele não é completamente efetivo. 
 
4.1. PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA 
 
O cobre fica rosa, simultaneamente o grafite fica rosa. A formação do produto 
leitoso é levemente suprimida. 
É para o cobre fazer a proteção do eletrodo de ferro só que existem certas 
limitações experimentais e de design do experimento de proteção por corrente 
anódica. Primeiro, existe uma diferença muito grande entre a área superficial do 
eletrodo de prego de ferro em relação a do eletrodo de cobre. Isto faz com que não 
haja suficiente área efetiva para fazer a proteção completa do prego e, portanto, parte 
dele continua sendo oxidada. Além disso, o cobre não é um bom material protetor, já 
que o potencial padrão de oxidação do cobre é próximo ao do ferro. Também percebe-
se a formação de uma capa de óxido ao redor do eletrodo de cobre, como mostrada 
na Erro! Fonte de referência não encontrada.. 
Figura 1 – CAPA DE ÓXIDO NO ELETRODO DE COBRE 
 
FONTE: Os autores (2019). 
 
TABELA 1 - Resultados do experimento de proteção galvânica 
Eletrodo Polos Reações Químicas Cores Formadas 
Ferro Ânodo (-) Fe3+ + [Fe(CN)6]4- → [Fe(CN)6]3Fe4 
Incolor para 
azulado 
Grafite e Cátodo (+) 2H2O + 2e- → 2OH- + H2 Rosa 
Rosa Cobre Ânodo (-) Cu(s) → Cu2+ + 2 e- 
FONTE: Os autores (2019) 
 
14 
 
 Mesmo com a proteçãogalvânica observou-se a oxidação do eletrodo de ferro, 
com um leve aparecimento de cor azulada com o decorrer do tempo, porque a área 
superficial do eletrodo de cobre é muito pequena, em relação a do ferro, para protege-
lo totalmente. 
Figura 2- Resultado do experimento de proteção galvânica 
 
FONTE: Os autores (2019) 
 
 
4.2. PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA 
 
Os eletrodos de ferro e grafite são colocados na solução do béquer, e conforme 
é aumentada a corrente o eletrodo de grafite fica azul enquanto o de ferro, rosa 
(FIGURA 3). 
 
TABELA 2 - Resultados do experimento de proteção catódica por corrente impressa 
Eletrodo Polos Reações Químicas Cores Formadas 
Ferro Ânodo (-) Fe(s) → Fe2+ + 2 e- Rosa 
Grafite Cátodo (+) 6 H2O(l) → O2(g) + 4 H3O+ + 4 e- Azul 
FONTE: Os autores (2019) 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3 - RESULTADO DO EXPERIMENTO DE PROTEÇÃO CATÓDICA 
 
FONTE: Os autores (2019) 
 
Em seguida, os sinais das correntes ligadas aos eletrodos foram invertidos. Ao 
se aplicar o potencial elétrico ao sistema, o eletrodo de grafite começa a ficar rosa, 
enquanto o eletrodo de ferro começa a ficar leitoso (FIGURA 4). 
 
TABELA 3 - Resultados do experimento de proteção catódica por corrente impressa (polaridades 
invertidas) 
Eletrodo Polos Reações Químicas Cores Formadas 
Ferro Ânodo (-) 4Fe3+ + 3[FeII(CN)6]4- → FeIII[FeIIIFeII(CN)6]3 Azul 
Grafite Cátodo (+) 2H2O + 2e- → 2OH- + H2 Rosa 
FONTE: Os autores (2019) 
 
Figura 4 - RESULTADO DO EXPERIMENTO COM AS POLARIDADES INVERTIDAS 
 
FONTE: Os autores (2019) 
 
Em ambos os experimentos, nota-se a existência de correntes de convecção 
por diferença de concentração e densidade dos materiais formados em solução. A 
concentração dos íons hidróxido na superfície do eletrodo é muito alta, o que faz com 
que processos de difusão não ocorram de maneira eficiente. Assim, havendo um 
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excesso de densidade da solução e, por gravitação, o fluido escoa para o fundo do 
béquer. 
No presente experimento foi realizado como eletrólito a solução de cloreto de 
potássio, porém uma alternativa poderia ser o cloreto de sódio, onde também 
aconteceria o desprendimento do gás cloro no ferro, quando se é conectado o eletrodo 
no polo negativo. 
 
17 
 
5. CONCLUSÃO 
 
No experimento em questão, o sistema era composto por prego (fonte de ferro) e 
grafite para o desenvolvimento de proteção catódica, sendo o cloreto de potássio o 
eletrólito. 
Observou-se formação de gás cloro por volta do prego e gás hidrogênio no grafite, 
quando foi conectado o polo negativo no ferro. Observou-se também a coloração azul 
ao redor do prego, indicado pela reação de ferro III (que foi reduzido a ferro II pela 
presença de ferrugem) com ferrocianeto de potássio. 
Quando houve a inversão de polaridade, o grafite ofereceu ao ferro proteção pela 
liberação de íons de hidroxila na eletrólise da água. 
 
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REFERÊNCIAS 
 
1. COATINGTEC – Revestimentos técnicos de metais. Disponível em: 
<http://www.coatingtec.com.br/empresa-galvanoplastia>. Acesso em: 03 de 
novembro de 2019. 
2. Conselho Regional de Química – IV Região. Galvanização e outros processos. 
Disponível em: 
<https://www.crq4.org.br/quimicavivatratamento_de_superficies>. Acesso em: 
03 de novembro de 2019. 
3. FIRST FISCHER. Proteção Catódica. Home Acesso em 05/11/2019. 
4. MUNTERS – Fabricação de baterias de lítio. Disponível em: 
<https://www.munters.com/pt/industrias/electronics/lithium-battery-rooms/>. 
Acesso em: 02 de novembro de 2019. 
5. OLIVEIRA V. Sistemas de proteção catódica por corrente impressa. 
Disponível em < 
http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/619/5/Dissert%20Victor%20O%20Jaco
me.pdf> Acesso em 05/11/2019 
6. Portal Solar. Passo a Passo da Fabricação do Painel Solar. Disponível em: 
<https://www.portalsolar.com.br/passo-a-passo-da-fabricacao-do-painel-
solar.html>. Acesso em: 03 de novembro de 2019. 
7. SENAI – Sistema Fiep. Conheça as principais aplicações da eletroquímica. 
Disponível em: <https://www.senaipr.org.br/conheca-as-aplicacoes-da-
eletroquimica-2-31193-316124.shtml>. Acesso em: 03 de novembro de 2019. 
8. TECMUNDO – Como são produzidas as baterias de lítio?. Disponível em: 
<https://www.tecmundo.com.br/bateria/42123-como-sao-produzidas-as-
baterias-de-litio-.htm>. Acesso em: 02 de novembro de 2019. 
http://www.coatingtec.com.br/empresa-galvanoplastia
https://www.crq4.org.br/quimicavivatratamento_de_superficies
https://www.munters.com/pt/industrias/electronics/lithium-battery-rooms/
http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/619/5/Dissert%20Victor%20O%20Jacome.pdf
http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/619/5/Dissert%20Victor%20O%20Jacome.pdf
https://www.portalsolar.com.br/passo-a-passo-da-fabricacao-do-painel-solar.html
https://www.portalsolar.com.br/passo-a-passo-da-fabricacao-do-painel-solar.html
https://www.senaipr.org.br/conheca-as-aplicacoes-da-eletroquimica-2-31193-316124.shtml
https://www.senaipr.org.br/conheca-as-aplicacoes-da-eletroquimica-2-31193-316124.shtml
https://www.tecmundo.com.br/bateria/42123-como-sao-produzidas-as-baterias-de-litio-.htm
https://www.tecmundo.com.br/bateria/42123-como-sao-produzidas-as-baterias-de-litio-.htm