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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ELETROQUÍMICA ELETROQUÍMICA –– PRINCÍPIOS DE PRINCÍPIOS DE LEITURA ADICIONAL PRINCÍPIOS DE PRINCÍPIOS DE ELETRÓLISE E CORROSÃOELETRÓLISE E CORROSÃO QUI 116 QUI 116 –– TTurma 11urma 11 ELETRÓLISE Quando a reação eletroquímica não é espontânea, é necessário ligar uma fonte externa de corrente elétrica para forçar a reação ocorrer. É necessário que a FEM fornecida seja maior que a FEM da célula eletrolítica. Célula Eletrolítica -+ e- e- fonte externa Eletrodo onde ocorrerá a oxidação Eletrodo onde ocorrerá a redução ânodo cátodo -+ Eletrodeposição: Deposição de um filme fino de metal sobre um objeto O método permite o controle da espessura do metal depositado. A peça a ser tratada é considerada o cátodo de uma célula eletrolítica que contém uma solução conhecida como banho de deposição. Esta possui íons do metal que se deseja depositar. Exemplo: Cromação A célula eletrolítica é composta pelo cátodo (o material a ser recoberto pelo cromo),A célula eletrolítica é composta pelo cátodo (o material a ser recoberto pelo cromo), pelo ânodo (eletrodo de cromo metálico), e por uma solução eletrolítica formada por íons cromo, os quais serão reduzidos e depositados sobre a superfície a ser recoberta. A operação satisfatória de um banho de deposição requer o controle de, no mínimo, três variáveis, a saber: � composição química do banho; � temperatura do banho; � densidade de corrente entre 0,002 e 0,02 A.cm-2. A massa molar da substância que está sendo reduzida corresponde a 1 mol da mesma, que por sua vez é proporcional à constante de Faraday vezes o número de mols de elétrons transferidos: MM(elemento) (1 mol) → νe- x 96485C.mol-1 MM(elemento) (1 mol) → νe- x 96485C.mol-1 A corrente que passa pelo sistema, em unidade de A, vezes o tempo de A quantidade do material eletrodepositado pela eletrólise pode ser determinada pela seguinte relação: A corrente que passa pelo sistema, em unidade de A, vezes o tempo de deposição, em unidade de segundo, é igual à carga: i. t = Q (A.s = C) m(substância depositada) = x → i.t (igual à carga, Q) MM(elemento) (1 mol) → νe- x 96485C.mol-1 Assim, encontra-se a massa da substância depositada sobre o cátodo, por meio da eletrodeposição CORROSÃO É a oxidação de um metal, que pode deteriorá-lo, diminuindo o seu tempo de vida útil. Principal responsável pela ocorrência da corrosão: umidade e oxigênio A reação de corrosão ocorre espontaneamente (∆∆∆∆G < 0 e E > 0) EXEMPLO: Corrosão do Ferro 1- Meio sem O22 2- Meio com O21 2 O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l) Eo = + 1,23 V Fe2+(aq) + 2e- Fe(s) Eo = -0,44 V 2Fe(s) + O2(g) + 4H+(aq) 2H2O(l) + Fe2+(aq) Eo = 1,67 V Forma a ferrugem (Fe2O3) Parâmetros que afetam a velocidade da corrosão: � concentração do agente corrosivo; � a condutividade do meio ao qual o metal está exposto. Exemplo: A corrosão metálica é acelerada em ambientes próximos ao litoral, devido à alta umidade e a alta concentração iônica da atmosfera marítima. Métodos de proteção à corrosão a) Recobrimento do material metálico: Uso de tintas ou outros tipos de metais mais nobres, aplicados por eletrodeposição (galvanização) A tinta forma uma película, tornando a superfície metálica impermeável à umidade Galvanização: o recobrimento da superfície por metais com potencial de redução menor que o potencial do material a ser recoberto impede o contato direto do metal de base com o ambiente corrosivo.de base com o ambiente corrosivo. Para que ocorra a deposição de um metal sobre o outro, é necessário que a superfície esteja muito limpa e polida. b) Adição de inibidores de corrosão ao meio eletrolítico: Substâncias orgânicas que, ao serem adicionadas, provocam uma acentuada diminuição do processo de corrosão. Essas substâncias normalmente são moléculas que possuem pares de elétrons capazes de interagir quimicamente com a superfície do metal (quimissorção) – normalmente são compostos contendo grupos amina (aminas aromáticas) e/ou tiouréias (contém enxofre) Exemplo:Exemplo: Adição de inibidores de corrosão no processo de decapagem ácida do aço, usado para limpeza de sua superfície. A peça é colocada em uma solução de HCl concentrada contendo inibidores de corrosão. Elementos agregados à superfície, como óxidos de ferro, são dissolvidos pelo ataque químico ácido, enquanto o metal de base (aço) é pouco afetado. c) Proteção catódica: Utilização de um ânodo de sacrifício, barra metálica com Eo menor que o Eo do metal que se quer proteger. Exemplo: A introdução de ânodos de sacrifício é uma prática comum na proteção de carcaças de navios e de tubulações metálicas subterrâneas. Materiais como Mg ou Al são conectados em localização conhecida ao material primário da estrutura (usualmente aço) e são substituídos periodicamente em função do seu desgaste.função do seu desgaste. Assim o tempo de vida útil do material primário é aumentado. d) Proteção Anódica (Passivação): Quando o metal sofre um processo de oxidação em sua superfície, o óxido formado funciona como uma camada de proteção. Exemplos: O alumínio oxida-se, na presença de oxigênio e umidade, formando uma camada de óxido de alumínio sobre o alumínio metálico, servindo como uma camada de proteção à contínua oxidação. A mesma coisa acontece com o zinco, por isso o mesmo é utilizado na galvanização do ferro e do aço. Alguns Exemplos de Processos Eletroquímicos Industriais 1) Extração de metais a partir de seus minérios naturais. 2) Processos de proteção à corrosão 1) Extração de metais a partir de seus minérios naturais a) Produção de zinco: O material de partida é uma mistura rica em óxido de zinco, produzida por tratamento térmico do minério. Este material é dissolvido em ácido sulfúrico 10 % para purificação, isto é, retirada de outros metais A eletrólise da solução contendo sal de zinco é feita usando ânodos de prata ou chumbo e cátodos de alumínio b) Produção de Alumínio Três etapas são essenciais para a produção do alumínio metálico: a) Mineração da bauxita; b) Remoção da alumina; c) Redução do alumínio metálico. O minério natural, contendo cerca de 50 % de Al2O3 é tratado com uma solução de NaOH, sob pressão, para dissolver este produto na forma de aluminato e eliminar impurezas insolúveis Al2O3.3H2O + 2NaOH 2NaAlO2 + 4H2OAl2O3.3H2O + 2NaOH 2NaAlO2 + 4H2O O aluminato é recristalizado em diversos ciclos, sendo o sólido calcinado a temperatura superior a 1200 oC, formando Al2O3 com pureza superior a 99 %. O óxido é reduzido eletroquimicamente a alumínio. Os ânodos são formados por barras de carbono. A reação global da eletrólise é: 2Al2O3 + 3C 4Al(s) + 3CO2 2) Processos de proteção à corrosão a) Recobrimento de zinco – Eletrogalvanização Revestimentos de zinco são importantes na proteção de ferro e aço A técnica de eletrodeposição do zinco apresenta vantagens como: Facilidade de controle da espessura da película depositada; Método com baixo custo Os banhos de deposição podem ser: Ácidos: Usados para recobrimento de lâminas e fios Ácidos: Usados para recobrimento de lâminas e fios Banhos ácidos produzem depósito de granulação mais grosseira. Visando obter uma deposição mais fina, usa-se aditivos como glicerina, fenóis, glicose, etc. Alcalinos: Usados quando o objeto a ser recoberto apresenta forma irregular Os banhos simples produzem depósitos finos, mas opacos. Com a adição de pequenas quantidades de Hg, produzem depósitos com coloração esbranquiçada Enquanto banhos contendo certos aditivos orgânicos são usados para produzir depósitos brilhantes, os quais são menos sujeitos à oxidação. b) Recobrimento de níquel: O níquel foi um dos primeiros metais depositados galvanicamente É um material protetor muito importante, pois possui alta resistência ao ataque químico, e possui coloração prateada Não é atacado por soluções diluídas de ácidos,bases, e água. O níquel eletrodepositado tem diversas propriedades que dependem das condições de deposição e da composição do eletrólito. Niquelação Fosca:Niquelação Fosca: A aplicação da niquelação fosca é limitada, sendo usada na indústria automobilística, para o tratamento de peças internas, que não devem refletir a luz. Niquelação Brilhante: Ocupa o maior espaço na eletrodeposição, comparada à niquelação fosca. Ao banho (chamado de banho de Watts) composto, por 310 g.L-1 de sulfato de níquel, 50 g.L-1 de cloreto de níquel e 40 g.L-1 de ácido bórico é adicionado um abrilhantador (sulfonamidas). O banho de Watts sem o abrilhantador fornece a niquelação fosca. c) Recobrimento de cromo: O revestimento de cromo é usado para proteção e fins estéticos de produtos de aço e de componentes à base de zinco em peças de carro. Eletrodepósitos de cromo são: Porosos e frágeis e, portanto e apresentam tendência a trincar. Não apresentam brilho satisfatório. Para evitar esses efeitos negativos, deposita-se uma camada preliminar de níquel. Camadas espessas de cromo eletrodepositado são utilizadas para proteçãoCamadas espessas de cromo eletrodepositado são utilizadas para proteção contra corrosão e contra desgaste, sendo chamadas de cromo duro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. E. A. Ticianelli, E. R. Gonzalez, Eletroquímica, Edusp, São Paulo, 2005. 2. J. W. Hilsdorf, N. D de Barros, C. A Tassinari, I. Costa, Química Tecnológica, Cengage Learning, São Paulo, 2009.
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