Instituto Federal do Paraná
Campus Paranaguá
Departamento Acadêmico de Metal Mecânica
Pilha Eletroquímica
fabiano.drozda@ifpr.edu.br
Site: https://sites.google.com/a/ifpr.edu.br/fabiano-drozda/
q Pilha Eletroquímica
q anodo – onde ocorre a oxidação (íons entram no eletrólito)
q catodo – onde as cargas negativas (elétrons) provocam
reações de redução.
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q eletrólito – meio
condutor contendo íons
q u e t r a n s p o r t a m a
corrente elétrica.
q circuito metálico –
ligação metálica por onde
escoam os elétrons.
q a n t i g a m e n t e
acreditava-se que as
c a r g a s p o s i t i v a s
passavam através dos
condutores, dai o sentido
c o n v e n c i o n a l d a
corrente. Entretanto,
descobriu-se que são as
cargas negativas que
passam pelos condutores.
(-)
(+)
Força eletromotriz
3
4
(1)
(2)
(3)
(4)
** Espalhadores eletrônicos **
q Pilha Eletroquímica
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6
A voltagem padrão para uma reação numa pilha, é a voltagem medida quando todos os
íons e moléculas em solução estão na concentração 1 mol/L e todos os gases estão na
pressão de 1atm. Quando um voltímetro ou outro dispositivo de medida de tensão é
ligada a uma pilha ele indica uma diferença de potencial elétrico (volts).
O ferro em contato com o oxigênio presente na água e no ar se oxida e desta
reação surge a ferrugem, que provoca, pouco a pouco, a deterioração da peça
original. A reação que ocorre na formação da ferrugem, é uma reação de
óxido-redução, que acontece da seguinte, resultando na equação geral:
Fe(s) -> Fe
2+ + 2e- (oxidação do ferro)
O
2+ 2H
2O + 4e
- -> 4OH
-(redução do oxigênio)
Caso A
Caso B
9 9
9
Mecanismo de defesa
Na2CrO4.
Os óxidos de ferro e cromo formados, juntos, acabam gerando uma cobertura impermeável aos ataques da dupla, o que impede a formação da ferrugem.
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q Principais tipos de pilhas eletroquímicas:
q Pilha de eletrodos metálicos diferentes (a)
q Pilha de concentração (b e c)
q Pilha de temperaturas diferentes (d)
a. Os eletrodos são constituídos de diferentes substâncias.
b. Os eletrodos são constituídos de diferentes substâncias, mas as soluções
contem atividades diferentes.
c. Os eletrodos são da mesma substância e as soluções contêm atividades
iguais, mas os eletrodos estão submetidos a diferentes pressões parciais de
substâncias gasosas.
d. Os eletrodos estão a temperaturas diferentes.
Com base na equação de Nerst,
podemos ter DDP quando:
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Pilhas de Eletrodos Metálicos Diferentes
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Exemplo: Tubulação de aço carbono ligada a uma válvula de latão
q Pilha Galvânica – dois metais diferentes estão imersos em um mesmo
eletrólito.
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• Em equipamentos são comuns e inevitáveis as ocorrências de tais junções metálicas, as quais são impostas por fatores diversos, tais como preço, peso, resistência estrutural, etc... • Na construção de um avião, a prevenção contra a corrosão embora seja levada em consideração, não constitui a parte mais importante do projeto. Seria impossível, impraticável e anti-econômico, construir um avião de um único material, visando unicamente, evitar os problemas de corrosão por metais dissimilares. Então diante dessa impossibilidade compete aos responsáveis pela manutenção e conservação das inevitáveis junções de materiais dissimilares, e em caso de início de corrosão estabelecer o exato processo corretivo, que poderá consistir de uma simples remoção e tratamento ou de substituição da(s) partes(s) afetada(s).
• A série galvânica das ligas e metais, fornecem ao delineador informações valiosas para a escolha dos materiais. Quanto mais distantes estiverem os dois materiais na série galvânica, maior a susceptibilidade de ataque corrosivo.
• Um exemplo típico, é o contato inevitável do parafuso de aço com a chapa de alumínio da maioria das fixações. Não podemos substituir a chapa de alumínio por aço e nem o parafuso de aço por alumínio. Se verificarmos na tabela 1 ou na série galvânica das ligas e matais, nestas condições, se nenhuma prevenção for utilizada, teremos, totalmente, um sério problema de corrosão com ataque serio ao alumínio, embora possa parecer que o aço esteja sendo atacado preferenciamente.
• No caso do parafuso de aço usado como fixação de uma chapa de alumínio, recomenda-se um banho de cádmio no parafuso, para com isto, diminuirmos a distância entre os materiais na tabela de nobreza, diminuindo consequentemente o potencial da pilha formada.
Pilhas de Eletrodos Metálicos Diferentes
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q Pilha Galvânica – Métodos preventivos e corretivos
• Não deve-se colocar em contato materiais com grande diferença de
potencial (Série galvânica);
• A intensidade da corrosão depende da relação entre áreas entre o
metal anódico e catódico.
• Para o caso inevitável de materiais distanciados na série galvânica,
pode-se evitar a corrosão evitando o contato direto, por meio de
colocação de arruelas ou outro material dielétrico.
• A corrosão galvânica pode ser controlada pela uso de anodos de
sacrifício, presos ao metal anódico.
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q Pilhas de Eletrodos Metálicos Diferentes
q Exemplos – Proteção catódica.
O metal que atua como catodo fica protegido –
mecanismo de anodos de sacrifício ou galvânicos.
Pilhas de Eletrodos Metálicos Diferentes
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Isto é particularmente importante, quando as estruturas a proteger estão
enterradas em lugares de difícil acesso como no sub-solo de cidades ou em
lugares afastados de centros de manutenção.
q Pilha de Concentração
q Concentração iônica – diferentes concentrações de
uma mesma solução ou solução diferente.
q Aeração diferencial – diferentes quantidades de gases
adsorvidos em uma mesma solução.
Pilhas de Concentração
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Segundo o princípio de Le Châtelier a redução ocorre no eletrodo que tiver mais concentrado.
• Concentração iônica
Pilhas de
Concentração
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Neste caso, o interior da fresta recebe pouca movimentação de eletrólito, tendendo a ficar
mais concentrado em íons de metal (área catódica), enquanto que a parte externa da fresta
fica menos concentrada (área anódica), com conseqüente corrosão das bordas da fresta
Segundo o princípio de Le Châtelier a redução ocorre no eletrodo que tiver mais concentrado.
• Concentração iônica
Pilhas de
Concentração
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• Aeração Diferencial
Pilhas de
Concentração
A
C
E
pilha
só será positivo se:
p
O2
(C)
> p
O2
(A)
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• Aeração Diferencial
Pilhas de
Concentração
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Pilhas de Temperaturas Diferentes - Termogalvânica
q Mesmo material metálico com duas regiões aquecidas
diferentemente.
q Quanto maior a temperatura, maior a velocidade de reação –
torna mais rápido o processo corrosivo.
q Quanto maior a temperatura, mais fácil a remoção de gases
– diminui a velocidade de corrosão.
q Dependendo da temperatura, materiais passiváveis podem
sofre quebra de suas camadas – acelera o processo corrosivo.
q Ponto de orvalho (liq/vapor).
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São pilhas constituídas de um mesmo material metálico, ou outro condutor, imersos em eletrólitos da mesma composição inicial, porém os eletrodos estão em diferentes temperaturas. Estas pilhas são chamadas termogalvânicas e são responsáveis pela corrosão termogalvânica.
Esse tipo costuma ocorrer quando se tem o material metálico emerso em eletrólito que apresenta áreas diferentemente aquecidas. Já que a elevação da temperatura aumenta a velocidade das reações eletroquímicas bem como a velocidade da difusão, pode-se então admitir que a elevação da temperatura torna mais rápido o processo corrosivo.
Entretanto, outros fatos devem ser considerados para explicar os casos nos quais a velocidade do processo corrosivo diminui coma elevação da temperatura. Um deles é da influência que a elevação da temperatura ocasiona eliminando gases dissolvidos, como por exemplo, oxigênio, diminuindo a ação despolarizante desse gás e consequentemente o processo corrosivo.
Outro fato a ser considerado é o da influência da elevação de temperatura sobre as películas protetoras formadas sobe os materiais metálicos. Se as propriedades com porosidade, volatilidade e plasticidade dessas películas variarem com temperatura pode-se atribuir a esse fato a variação da velocidade da corrosão.
