(Heloísa) O níquel sofre corrosão em uma solução ácida de acordo com a reação
As taxas das semirreações de oxidação e redução são controladas pela polarização por ativação.
(a) Calcule a taxa de oxidação do Ni (
) com base nos seguintes valores para a polarização por ativação:
Para o níquel
Para o hidrogênio
(b) Calcule o valor do potencial de corrosão.
(a) Calcule a taxa de oxidação do Ni (
| Para o níquel | Para o hidrogênio |
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Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- (a) Calcular a taxa de oxidação do níquel em unidades de
. - (b) Calcular o potencial de corrosão (potencial onde as correntes anódica e catódica se igualam).
Informações fornecidas (vou listar exatamente como estão no enunciado):
Observações importantes sobre os dados que vou usar (sem ainda resolver):
é o coeficiente de Tafel (tendência logarítmica da corrente com o sobrepotencial) — vou usar os módulos
para as equações Tafel e tratar o sinal ao montar as correntes anódica/catódica. A reação global é
, portanto cada átomo de Ni libera
elétrons (n = 2) ao oxidar.]
Passo 2
Explicando a teoria que vamos usar (beeem devagar e com o que cada símbolo significa):
- Quando as semicélulas são controladas por polarização por ativação, perto de potenciais deslocados da igualdade de equilíbrio podemos usar a aproximação de Tafel. A forma prática que usamos é:
onde:
-
é a densidade de corrente (em ); corrente positiva significa oxidação (anódica). -
é a densidade de corrente de troca (exchange current density), unidade . -
é o sobrepotencial definido como (potencial da superfície menos potencial de equilíbrio da meia-reação). -
é o coeficiente de Tafel (em volts por década). Aqui eu uso como magnitude do coeficiente; o sinal da equação Tafel será tratado conforme anódica ou catódica.
Reescrevendo a fórmula para
(forma exponencial útil para cálculo):
- Para a meia-reação anódica (Ni
Ni + 2e ): a corrente anódica é positiva e
- Para a meia-reação catódica (redução de H
a H ): a corrente é negativa (fluxo de elétrons no sentido oposto), e a magnitude da corrente catódica é dada por
Assim a corrente catódica com sinal é
- No potencial de corrosão
, a corrente líquida é zero (não há corrente total estacionária), logo:
ou seja as magnitudes se igualam:
- Depois de obter a densidade de corrente de oxidação
no potencial de corrosão, a taxa de corrosão em molaridade por área é dada por Faraday:
onde
é o número de elétrons por átomo oxidado (
aqui) e
é a constante de Faraday (
). Lembre:
.
Passo 3
Montando a equação para encontrar
. Igualando as expressões Tafel (mostro em detalhe cada termo):
Tomando logaritmo decimal em ambos os lados:
Agora isolo os termos em
:
Agrupando
:
Finalmente:
Passo 4
Substituindo os valores numéricos (vou calcular cada peça com calma):
Dados numéricos em TeX:
Calculo do lado direito (logaritmo):
Como
, então
Agora os coeficientes:
Soma:
E o termo
:
Agora aplico na fórmula de
:
Portanto o potencial de corrosão calculado é aproximadamente
(referido ao eletrodo padrão H
H
).
Passo 5
Agora calculo a densidade de corrente anódica (que é igual em módulo à catódica) no potencial de corrosão. Uso a expressão Tafel anódica:
Substituindo
:
Logo
(Confirmação rápida usando a corrente catódica:
. Diferenças são de arredondamento — está consistente.)
Passo 6
Converto a densidade de corrente em taxa molar de oxidação de Ni. A equação de Faraday:
onde
(do balanço
) e
.
Substituindo números:
Fazendo a divisão:
Interpretação rápida: esse número é pequeno porque as correntes anódicas/catódicas à polarização de ativação são baixas (i0 pequeno para o Ni).