ELETROQUÍMICA. paginapessoal.utfpr.edu.br/lorainejacobs. Profª Loraine Jacobs DAQBI

Transcrição

1 paginapessoal.utfpr.edu.br/lorainejacobs Profª Loraine Jacobs DAQBI

2 CORROSÃO

3 Corrosão Processo espontâneo Contato do metal com um eletrólito Reações Anódicas e Catódicas Frequente na natureza Necessita da presença de água para ocorrer H 2 O(l) +2e - H 2(g) + 2OH - (aq) em ph 7 Eº = -0,41V Forma uma pilha de corrosão

4 Ferrugem Reação anódica (oxidação): Fe Fe e Reação catódica (redução): 2H 2 O + 2e H 2 + 2OH - Neste processo, os íons Fe 2+ migram em direção à região catódica, enquanto os íons OH direcionam-se para a anódica. Assim, em uma região intermediária, ocorre a formação do hidróxido ferroso: Fe OH Fe(OH) 2

5 Ferrugem Meio com baixo teor de oxigênio: 3Fe(OH) 2 Fe 3 O 4 + 2H 2 O + H 2 Meio com alto teor de oxigênio: 2Fe(OH) 2 + H 2 O + 1/2O 2 2Fe(OH) 3 2Fe(OH) 3 Fe 2 O 3.H 2 O + 2H 2 O Produto final da corrosão: Fe 3 O 4 (coloração preta) Fe 2 O 3.H 2 O (coloração alaranjada ou castanho-avermelhada).

6 Ferrugem Aceleram o processo de corrosão do ferro: Presença, no ar, de CO 2, SO 2 e outras substâncias ácidas, pois deslocam a reação catódica para a direita (princípio de LeChatelier); Ambientes salinos (mar e suas vizinhanças), pois aumentam a condutividade elétrica entre os pólos da pilha; visto em tanques de gasolina enterrados nos postos, à beira-mar, etc.

7 Corrosão do Eletrodo em Pilhas Fe 2+ (aq) + 2e - Fe (s) Eº = -0,447 Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) Eº = 0,342 Processo semelhante ao da ferrugem! Formação de Fe(OH) 2 e posterior formação de Fe 2 O 3.H 2 O

8 Proteções Contra Corrosão Ânodos Galvânicos ou Proteção por Corrente Impressa Visam minimizar os efeitos da corrosão Ânodos Galvânicos(Ânodo ou Metal de Sacrifício) - Espontânea Utilizada na proteção de metais com grandes áreas superficiais (navios, encanamentos, tanques em postos de combustíveis. Proteção por Corrente Impressa (Galvanização) Não Espontânea Utilizada na proteção de metais com áreas superficiais pequenas (pregos, parafusos, etc.).

9 Metal de Sacrifício Junto ao metal que se deseja proteger é colocado um metal com maior potencial de oxidação. Mais utilizados Zn (Eºoxi = 0,76) e Mg (Eºoxi = 2,37) Por serem oxidados mais facilmente, em contato com o agente oxidante transferem seus elétrons para o Fe (Eºoxi = 0,44) fazendo com que este se reduza e mantenha suas características.

10 Galvanização Processo de recobrimento de metais com outro metal, usando eletricidade (eletrólise) Mais utilizados: Zn (Eºoxi = 0,76) - Zincagem Cr (Eºoxi = 0,74) Cromagem

11 Galvanização Zincagem Processo não espontâneo onde o Zn é depositado sobre a barra de ferro através de corrente elétrica.

12 Galvanização Cromagem Realizada da mesma forma da Zincagem, onde o Cr é depositado diretamente na peça, em alguns casos onde o processo não é feito corretamente verifica-se descascamento da película e observa-se ferrugem. Cromatização Utilizada após a zincagem, neste caso o material é protegido por um filme de óxido de Cr(III) ou Cr(VI) (passivação) para aumentar sua resistência a oxidação e melhorar sua aparência.

13 Peça Cromada ELETROQUÍMICA Peça Cromatizada

14 Passivação Proteção realizada através de filmes ou óxidos metálicos Alumínio Proteção pelo Al 2 O 3 Ao entrar em contato com O 2 do ar o Alumínio se oxida formando imediatamente uma película de Al 2 O 3 que protege a superfície do material da continuação do processo oxidativo. Ferro e Aço Não podem ser protegidos desta forma pois seus óxidos são porosos, permitindo a passagem de oxigênio e a continuidade da oxidação. Além de zincado e cromatizado o aço pode ser recoberto por um filme de estanho(latas de conserva).

15 ELETRÓLISE

16 Reações redox com G positivo não ocorrem espontaneamente, no entanto, a aplicação de uma corrente elétrica pode fazer com que esta reação ocorra. Eletrólise: Processo de forçar uma reação ocorrer na direção não espontânea. Célula Eletrolítica: É a célula eletroquímica onde ocorre a eletrólise.

17 Células Eletrolíticas Estrutura Dois eletrodos, ou condutores metálicos, que fazem contato elétrico com o conteúdo da célula; Ânodo(+): Eletrodo onde ocorre a oxidação Elétrons saem célula eletrolítica Cátodo (-): Eletrodo onde ocorre a redução Elétrons entram na célula eletrolítica Eletrólito: meio condutor iônico dentro da célula Íons: Partículas carregadas que se movimentam em solução Diferente das pilhas, os eletrodos estão no mesmo compartimento e fazem uso de apenas um eletrólito.

18 Células Eletrolíticas Estrutura

19

20

21 IMPORTANTE O gerador não pode criar nem destruir elétrons; ele apenas injeta elétrons no circuito por seu pólo negativo e aspira igual número de elétrons por seu pólo positivo.

22 IMPORTANTE Se na célula não existir um eletrólito, a corrente elétrica não irá passar; Existindo um eletrólito, cada um de seus íons migrará para o eletrodo de sinal contrário ao seu e lá irá perder ou ganhar elétrons; esse fato causará: - passagem de corrente elétrica - alterações químicas nos íons.

23 IMPORTANTE Com a existência do eletrólito ainda precisaremos de: corrente elétrica contínua e a voltagem suficiente para provocar a eletrólise; os íons com liberdade de movimento : seja por fusão (eletrólise ígnea); seja por dissolução em um solvente ionizante, que, em geral, é a água (eletrólise em solução).

24 ELETRÓLISE ÍGNEA

25 Eletrólise Ígnea Ocorre em ausência de água (H 2 O), tendo apenas o eletrólito fundido. NaCl (808ºC) Fundido Íons com liberdade Passagem de corrente elétrica Movimentação das Cargas Cátodo (-): Na + + 1e - Na (Cátion sempre no cátodo) Ânodo (+): Cl - Cl + 1e - (Ânion sempre no ânodo)

26 Eletrólise Ígnea Potencial para Eletrólise O potencial da fonte deverá ser sempre maior do que o potencial da reação inversa para que ocorra a eletrólise Na eletrólise de NaCl temos Na + + 1e - Na Eº = -2,71 e ½ Cl 2 + 1e - Cl - Eº = +1,36 Eº = 4,07V para reação espontânea A energia fornecida pela fonte deverá ser maior do que 4,07V para que a eletrólise ocorra.

27 IMPORTANTE Os eletrodos usados devem apresentar grande resistência ao calor, aos eletrólitos presentes e à passagem da corrente elétrica. Um eletrodo que, nessas condições, não sofre alteração alguma é chamado de eletrodo inerte; Mais comuns : grafite e platina. Caso não tenhamos um eletrodo inerte, teremos um eletrodo ativo ou reativo.

28 IMPORTANTE Reações secundárias Comuns após a eletrólise Ex: o sódio poderá pegar fogo se exposto ao ar; o sódio e o cloro poderiam recombinar-se, etc. Necessidade de construção de células eletrolíticas específicas para cada tipo de eletrólise.

29 Célula Eletrolítica NaCl

30 ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO

31 Eletrólise em Solução Ocorre em presença de água (H 2 O), resultados diferentes da eletrólise ígnea pois, há também a ionização da água; Utilizando o NaCl temos que: H 2 O H + + OH NaCl Na + + Cl Entre Na + e H + o pólo negativo prefere descarregar o H + ; Entre Cl e OH o pólo positivo prefere descarregar o Cl ; Este comportamento de descarga dos íons é dada pela própria tabela dos potenciaispadrão de eletrodo fila das tensões eletrolíticas.

32 Prioridade de Descarga

33 Eletrólise em Solução

34 Eletrólise em Solução

35 Eletrólise em Solução Divide-se em: Eletrólise com eletrodos Inertes Eletrólise com eletrodos Reativos

36 Eletrólise em Solução com Eletrodos Inertes Apenas soluto e solvente sofrerão eletrólise Ex: Eletrólise do HCl em solução Segundo a tabela de prioridade de descarga, temos que:

37 Eletrólise em Solução com Eletrodos Inertes Ex: Eletrólise do HCl em solução

38 Eletrólise em Solução com Eletrodos Inertes Ex: Eletrólise do HCl em solução Neste caso há eletrólise apenas do soluto

39 Eletrólise em Solução com Eletrodos Inertes Ex2: Eletrólise do H 2 SO 4 em solução Segundo a tabela de prioridade de descarga, temos que:

40 Eletrólise em Solução com Eletrodos Inertes Ex2: Eletrólise do H 2 SO 4 em solução

41 Eletrólise em Solução com Eletrodos Inertes Ex2: Eletrólise do H 2 SO 4 em solução Neste caso há eletrólise apenas do solvente

42 Eletrólise em Solução com Eletrodos Inertes Ex3: Eletrólise do FeSO 4 em solução Segundo a tabela de prioridade de descarga, temos que:

43 Eletrólise em Solução com Eletrodos Inertes Ex3: Eletrólise do FeSO 4 em solução Neste caso há eletrólise do solvente E do soluto

44 Eletrólise em Solução com Eletrodos Reativos Eletrodo participa do processo de eletrólise Ex: Eletrólise do H 2 SO 4 em solução, com eletrodo de Cu Pólo - Descarga do H +. Pólo + Retirar elétrons do SO 2-4 ou do OH - (se eletrodo inerte) Neste caso há a opção do próprio ânodo Cu (s) Sendo a oxidação Cu (s) mais fácil, ela será, sem dúvida, a que ocorrerá

45 Eletrólise em Solução com Eletrodos Reativos Ex: Eletrólise do H 2 SO 4 em solução, com eletrodo de Cu Neste caso temos:

46 Eletrólise em Solução com Eletrodos Reativos Ex: Eletrólise do H 2 SO 4 em solução, com eletrodo de Cu IMPORTANTE: Reação não espontânea, forçada por corrente elétrica

47 Eletrólise Dada a célula eletrolítica e suas semi-reações abaixo, responda: Qual será o gás produzido em A Qual será o gás produzido em B Escreva a reação global do processo e diga se o meio ao final da eletrólise estará ácido, básico ou neutro.

48 Rendimento do Processo de eletrólise Faraday - Íons de metal são depositados no estado sólido quando uma corrente elétrica passa por uma solução salina do metal. Prata (Ag) se deposita quando utilizamos sal de prata (AgNO 3 ) 1 mol de elétrons deposita 1 mol de prata

49 Rendimento do Processo de eletrólise O Cobre (Cu) se deposita quando utilizamos um sal de cobre (Cu(NO 3 ) 2 ) 2 mols de elétrons depositam 1 mol de cobre

50 Rendimento do Processo de eletrólise A unidade mais comumente usada para expressar a velocidade de fluxo de uma corrente elétrica é o ampère (A), que se refere ao número de coulombs (carga) que passa por um ponto por unidade de tempo. Desta informação podemos tirar que Q(C) = i(a).t(s)

51 Rendimento do Processo de eletrólise Milikan (1909) Carga do elétron 1, C 1 mol de elétrons 6, Assim: 6, , C = 9, C (constante de Faraday) Com isto podemos calcular a quantidade de metal depositado em um processo eletrolítico.

52 Rendimento do Processo de eletrólise Qual a massa de cobre depositada quando um processo eletrolítico é realizado em uma solução de CuSO 4(aq) com uma carga de 9650C? (massa molar Cu: 64g/mol) Um processo eletrolítico onde ocorre oxidação de Zn a Zn 2+, transcorre durante 30min e utiliza uma corrente de 0,53A. Qual a massa de Zn oxidada durante este processo? (massa molar Zn: 65g/mol) Uma peça recebeu um banho de Ag por eletrólise. Sabendo que neste processo Ag + se reduz a Ag e a carga envolvida neste processo foi de 0,01faraday, que massa de prata se depositou sobre a peça? (massa molar Ag: 108g/mol)

53