Transporte de massa em corrosão metálica

Universidade de São Paulo

Instituto de Química-QFL 2426

Professora Silvia Maria L. Agostinho

Professor João Pedro S. Farah

Experimento 4

O transporte de massa em processos de corrosão metálica

Fellipe Gonzaga Miorim         nº6803142
Fernando Rocha Saraiva       nº8990900

João Victor da Silva Gois       nº8990938

Turma - Santos
22/09/2015

Objetivos

O experimento 4 da disciplina Físico-Química XVII tem como objetivos :

a) Verificar, experimentalmente, o efeito da convecção forçada na velocidade de corrosão quando um dos processos é controlado por transporte de massa.

b) Calcular a velocidade de corrosão do cobre por íons Fe(III), empregando o ácido sulfúrico como eletrólito de suporte.

c) Fixar os diferentes tipos de transporte de massa:

a difusão, a convecção e a migração.

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.. 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.

Este experimento tem como objetivo observar e compreender dois dos tipos de transporte de massa citados o transporte por difusão e por convecção .

Procedimento experimental

Coloque, em cada béquer de 500mL, cerca de 300mL da solução 0,5 mol/L de ácido sulfúrico contendo íons Fe(III) em concentração igual a 0,05 mol/L no béquer 1 realiza o experimento sem agitar a solução; no béquer 2, emprega um agitador magnético e aplica uma agitação constante da solução, tendo o cuidado de evitar vórtex. As amostras de cobre metálico devem estar presas por um fio de nylon.Lixe bem as duas placas de cobre, lave em água corrente e seque com um jato de ar. Pese as placas em balança semi- analítica.

Realize os experimentos por 45 minutos, após a imersão total das placas nas soluções corrosivas. Pese as chapas após os experimentos depois de terem sido lavadas e secas.

Repita o experimentos nas duas condições tendo os mesmos cuidados inicias com as chapas de cobre, procure empregar a mesma velocidade de agitação.

Construa uma tabela com os dados do experimento: massas iniciais e finais das placas, posição do agitador, temperatura do experimento, composição da solução empregada

Calcule as velocidades de corrosão do cobre nos 4 experimentos mg/cm²s. Calcule a área total dos eletrodos desprezando as áreas laterais e inclua na tabela os valores obtidos em cada caso (sem e com convecção).

Resultados e Discussão

Dados obtidos e as respectivas condições de realização do experimento:

Placas / Tempo	Massa inicial (g)	Massa final (g)	Com ou sem agitação	Dimensões da placa (cm)
Chapa 1	3,3989	3,3780	Sem	1,95 x 4,87
Chapa 2	3,5357	3,5089	Sem	1,98 x 4,90
Chapa 3	3,4464	3,3638	Com	1,95 x 4,87
Chapa 4	3,5291	3,4505	Com	1,98 x 4,90

Nas condições em que o experimento foi realizado, ocorreram de modo significativo difusão e convecção forçada, uma vez que possuindo ácido sulfúrico em solução, ele atuou evitando a formação de produtos insolúveis que viessem a alterar a massa da placa caso adsorvidos, além de atuar como eletrólito suporte e tornar o coeficiente de atividade constante.

        Considerando que o Hidrogênio possui potencial de redução nulo, o do cobre igual a 0,34 e o do Ferro em sua redução a Fe+2 um potencial igual a 0,77, conclui-se que é o Fe+3, e não o hidrogênio, quem provoca  a corrosão do cobre, conforme apresentado nas semi-reações abaixo:

Fe+3 + 1e-  → Fe+2

Cu  →  Cu+2 + 2e-

Considerando que a velocidade da corrosão pode ser dada pela quantidade em gramas de matéria por unidade de área e de unidade de tempo que  sofre corrosão, tem-se que:

V=  (Variação de massa).(área da placa)-1.(tempo)-1 g.m-2.s-1