ÁREA: Ensino de Química
TÍTULO: EFEITO DO TRANSPORTE DO OXIDANTE NA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO DE CORROSÃO
AUTORES: SOUZA, L. F. (USP) ; FELICÍSSIMO, A. M. P. (USP) ; AGOSTINHO, S. M. L. (USP)
RESUMO: O transporte de massa, uma etapa importante em processos que ocorrem em interfaces ou interfases, é pouco tratado em livros de cinética química. Neste trabalho os tipos de transporte de massa, por difusão, convecção e migração são apresentados e foi escolhida uma reação de corrosão que ilustra a importância da difusão-convectiva na cinética do processo. Foi estudada a reação entre cobre metálico e íons de ferro III em meio aquoso ácido, em pregando ensaios gravimétricos. A comparação entre os valores de velocidade de corrosão obtidos utilizando, ou não, convecção forçada, mostrou que o transporte do oxidante à superfície do metal constitui a etapa lenta do processo.
PALAVRAS CHAVES: ensino de química, cinética química, transporte de massa.
INTRODUÇÃO: A cinética de processos heterogêneos que ocorrem em interfaces ou interfases apresenta, além de etapas químicas, etapas de transporte de massa, quer dos reagentes, quer dos produtos. Os diferentes tipos de transporte de espécies químicas foram apresentados em trabalhos anteriores [1, 2] e também se encontram nas referências 3 a 4. As etapas correspondentes ao transporte de reagentes (ou produtos) envolvem três tipos de processos: por difusão, por convecção e por migração.
O transporte por difusão se dá em virtude da diferença de concentrações (ou de atividades das espécies, reagentes ou produtos) entre a superfície da reação e pontos distantes desta. O transporte por convecção se dá em virtude da diferença de temperatura em diferentes pontos do meio homogêneo (convecção natural) ou provocado por agitação do meio em que reagentes e/ou produtos se encontram (convecção forçada). A migração, muito presente em processos eletroquímicos, é causada pela existência de um campo elétrico, resultando em um transporte de espécies carregadas (íons) em virtude de uma diferença de potencial.
O transporte de massa, em processos heterogêneos, isto é, aquele que ocorre no encontro de duas fases diferentes, é pouco abordado em livros de cinética química, em particular aqueles dedicados aos ensinos médio e técnico.
MATERIAL E MÉTODOS: Amostras metálicas: duas chapas de cobre comercial, com dimensões de aproximadamente 2 cm. x 3 cm. x 1 mm., apresentando um orifício numa das extremidades para passagem de um fio de nylon.
Tratamento superficial: emprego de lixas de carbeto de silício de 320 mesh.
Soluções empregadas: ácido sulfúrico 0,5 mol L-1, contendo íons Fe (III) da ordem de 0,1 mol L-1.
Equipamentos e acessórios: balança analítica (precisão de 0,0001g) ou semi-analítica (precisão de 0,001g); agitador magnético; dois béqueres de 50 mL; suporte universal e garras; fios de nylon; termômetro (com precisão de 1 ºC); pinça metálica e secador de cabelo.
O intervalo de tempo do experimento pode ser de uma a três horas e a temperatura de trabalho é de 25 ºC. O procedimento é o seguinte:
Preparar 200 mL de uma solução de sal férrico em concentração da ordem de 0,1 mol L-1, dissolvendo o sal em uma solução de ácido sulfúrico de tal forma que, ao se completar o volume, a concentração do ácido seja aproximadamente 0,5 mol L-1. Adicionar a cada béquer cerca de 40 mL da solução acima preparada.
Lixar as placas, lavar em água corrente, secar ao ar (usar secador de cabelo). Fazer a imersão completa das placas de cobre nestas soluções, prendendo as placas, através de um fio de nylon, aos suportes. Colocar um dos béqueres sobre o agitador magnético, tendo o cuidado de escolher uma rotação que se mantenha constante durante o experimento sem o aparecimento de vórtex.
Realizar o experimento por 1 a 3 horas mantendo uma das soluções com e a outra sem agitação.
Retirar as amostras metálicas com a pinça, lavar em água corrente, secar ao ar e pesar.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Após a pesagem, a perda de massa das amostras de cobre foi calculada. Em seguida foi medida a área principal das duas faces expostas das chapas, desprezando as áreas laterais (das bordas).
Calculou-se, em cada caso, a velocidade de corrosão (Vcorr) em g cm-2 h-1, empregando-se a expressão:
Vcorr = (mi - mf)/S x t,
onde mi - mf (massa de material metálico perdido em virtude da corrosão);
mi, mf = massa inicial e final das chapas, respectivamente;
S = área total das duas superfícies consideradas;
t = intervalo de tempo do experimento.
Na figura 1 se encontram as dimensões das chapas empregadas e na figura 2 os resultados obtidos.
FIGURAS
Verifica-se que a corrosão do cobre foi significativamente maior na solução submetida à agitação.
CONCLUSÕES: Foi possível verificar, através do experimento de perda de massa, sob condições de solução agitada e sem agitação, que a corrosão do cobre por íons Fe (III) apresenta sua cinética controlada por transporte do íon oxidante à superfície do metal.
AGRADECIMENTOS: CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] S. M. L. Agostinho, O. F. Júnior, H. Aranha. “O transporte de massa em estudos de corrosão”. Anais do 18º Congresso Brasileiro de Corrosão. IMCORR. Volume 1. (1995). Rio de Janeiro.
[2] S. M. L. Agostinho, Dissertação de Mestrado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos (1971);
[3] J. Koryta, J. Dvorák, L. Kavan. “Principle of Electrochemistry”. 2 ed. Wiley. (1993). England;
[4] J. O’M. Bockris, A. K. N. Reddy. “Modern Electrochemistry” Volume 2. Plenum Press. (1972). New York.
