Estudo preliminar da deposição voltamétrica de estanho sobre aço em meio ácido

Transcrição

1 Estudo preliminar da deposição voltamétrica de estanho sobre aço em meio ácido Marcos Aurélio Nunes da Silva Filho, Ana Lídia Tomaz de Melo, Denis Valony Martins Paiva, Laudelyna Rayanne Freitas de Oliveira, Rafaella da Silva Gomes, Mauro Filho Alves de Alencar e Rui Carlos Barros da Silva. Laboratório de Eletroquímica e Corrosão Microbiana (LECOM), Departamento de Química, Universidade Estadual do Ceará. Resumo Este trabalho relata os estudos iniciais da eletrodeposição de estanho sobre aço em meio ácido. Para este efeito, recorreram-se às técnicas potenciodinâmicas para obtenção dos voltamogramas. Estes foram analisados tendo como parâmetros a corrente de pico anódica, o potencial de pico anódico e a densidade de carga de dissolução. A partir dos voltamogramas, observa-se que a redução de íons Sn(II) ocorre simultaneamente à reação de desprendimento de hidrogênio. A densidade de carga associação à dissolução de estanho depositado aumenta com a velocidade de varredura de potencial. O potencial de dissolução praticamente não se altera. 01. Introdução O estanho é aplicado industrialmente como um revestimento em um grande número de metais, particularmente, no aço, para a produção de folha de Flandres, a fim de conferir resistência à corrosão, melhorar a aparência e a soldabilidade. Ultimamente, há um crescente interesse na utilização do estanho como eletrodepósito substituindo outros revestimentos convencionais, pois banhos eletrolíticos de estanho tem menos impacto ambiental. O estanho e ligas de estanho são possíveis candidatos para substituir metais tóxicos como cromo e cádmio, que são depósitos usados para decoração e aplicações elétricos/eletrônicos. Além disso, o estanho puro tem sido utilizado em microeletrônica como uma alternativa para substituições de ligas estanho-chumbo. O objetivo deste trabalho é de investigar o processo de deposição voltamétrica de estanho sobre substrato de aço carbono a partir de eletrólito sulfato ácido. Par este efeito, recorre-se a utilização da técnica voltamétrica. 02. Materiais e Métodos A solução de trabalho utilizada era 0,01mol.dm -3 de SnCl 2 e 1mol.dm -3 H 2 SO 4. Foram utilizados como eletrodo de trabalho o aço de baixo carbono (aço 1020), na forma retangular de 1,5cm 2 de área geométrica exposta; como eletrodo auxiliar uma placa fina de platina e, como eletrodo de referência o Ag/AgCl/KCl sat. Foram feitas as voltametrias cíclicas a partir de um potencial inicial de -0,5V. A técnica de voltametria foi conduzida tendo sido realizada a obtenção das curvas em triplicatas, a fim de grande a boa reprodutibilidade, sendo variada a velocidade de varredura de potencial: em 1, 10, 50 e 100mV.s -1.

2 i/ma Todos os ensaios foram realizados a temperatura ambiente (aproximadamente 25 C), com ph da solução em torno de 4. Foi utilizado o potenciostato/galvanostato da Microquímica MGPQ 01, interfaceado com um computador pessoal. 03. Resultado e discussão A Fig. 1 exibe o voltamograma típico de deposição-dissolução de estanho em solução ácida em diferentes velocidades de varredura de potencial. A deposição voltamétrica de estanho sobre aço ocorre a partir de -0,6V, sendo observada não somente a reação de redução de ions Sn(II) (equação 1), mas também a reação de desprendimento de hidrogênio (equação 2), evidenciada pelo aumento abrupto da densidade de corrente catódica. Estas reações são expressadas abaixo: Sn (II) + 2e Sn (1) 2H + + 2e H 2 (2) 0,05 0,00-0,05-0,10-0,15 1mV/s 10mV/s 50mV/s 100mV/s -0,20-1,0-0,8-0,6-0,4 E / V Fig. 1. Voltamograma de deposição-dissolução de estanho sobre aço a diferentes velocidades de varredura de potencial. No sentido anódico de varredura de potencial (valores positivos de potencial), tem-se a dissolução do depósito de estanho, sendo notado o aparecimento de pico e, após este pico, a corrente tende a cair a valor praticamente nulo. Este fato denota a dissolução total do estanho inicialmente depositado.

3 i pa / ma 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0, v 1/2 / (mv.s -1 ) 1/2 Fig.2. Corrente de pico anódica em função da raiz quadrada da velocidade de varredura de potencial. A partir dos voltamogramas de deposição e dissolução do estanho podem ser extraídos os seguintes dados: corrente de pico anódica; potencial de dissolução do estanho; potencial de pico anódico e densidade de carga de dissolução. A Fig. 2 ilustra o perfil da dependência da corrente de pico anódica com a raiz quadrada da velocidade de varredura de potencial. Verifica-se que o perfil é praticamente linear crescente. Este fato sugere que o processo de deposição-dissolução de estanho seja reversível; todavia, deve-se ter em consideração as condições iniciais da superfície do substrato. Por outro lado, tem-se que a Fig. 3 mostra a densidade de carga dissolvida (associada ao pico anódico) em função da velocidade de varredura de potencial. Este comportamento é inesperado; todavia, pode ser explicado pelo fato de que o processo de deposição de íons Sn(II) é altamente ativado, não tendo influência de processos difusivos em solução. Contudo, este comportamento pode também estar indicando que ocorre a formação de depósito de estanho com diferentes formas e, como consequência, espessura do eletrodepósito não é uniforme. Este fato pode estar associado não somente as características do processo bem como a interferência da reação de desprendimento de hidrogênio q / mc.cm v / mv.s -1 Fig. 3. Dependência da densidade de carga de dissolução em função da velocidade de varredura de potencial.

4 O potencial de dissolução de estanho praticamente não varia com o aumento da velocidade de varredura de potencial (Tabela 1). Tabela 1. Potencial de dissolução de estanho depositado sobre aço em função da velocidade de varredura de potencial. -1 V / mv.s E / V diss 1-0, , , , , ,46 A Tabela 2 exibe os valores de potencial de pico anódico E pa em função da velocidade de varredura de potencial. É notado que os valores de E pa praticamente não se modificam com o aumento da velocidade de varredura de potencial. Tabela 2. Variação do potencial de pico anódico com a velocidade de varredura de potencial v / mv.s -1 / mv Epa 1-403, , , , , ,3 04. Conclusões A deposição voltamétrica ocorre a partir de -600mV, simultaneamente a reação de desprendimento de hidrogênio; O processo de deposição e dissolução de estanho sobre aço é praticamente reversível, e a densidade de carga associada a dissolução do eletrodepósito de estanho varia com a velocidade de varredura de potencial.

5 04. Referências Bibliográficas SILVA, R. C. B., MAGALHÃES, A. C. e CAPELATO, M. D. Electrodeposition of tin on carbon steel substrate from acidic metanesulfonate electrolyte. A ser submetido. SILVA, R. C. B. Eletrodissolução e eletrodeposição de estanho em ácido metano sulfônico. Tese de Doutorado. Departamento de Química, UFSCar, TORRENT-BURGUE S, J., GUAUS, E. e SANZ, F. Initial stages of tin electrodeposition from sulfate baths in the presence of gluconate, Journal of Applied Electrochemistry, vol. 32, pp , HE, A., LIU, Q e IVEY, D. G. Electrodeposition of tin: a simple approach, J. Mater. Sci: Mater Electron, vol. 19, pp , 2008.