Oxidação de Metais: Produção de energia e corrosão.

Oxidação de metais: produção de energia e corrosão.

Tipos de corrosão:

O termo corrosão é empregado para designar o processo de destruição total, parcial, superficial ou estrutural dos materiais por um ataque eletroquímico, químico ou eletrolítico. Assim, a corrosão pode ser classificada em: eletroquímica, química e eletrolítica.

A corrosão eletroquímica, que corresponde ao conteúdo do trabalho; é um processo espontâneo, caracterizado por ocorrer na presença de água. Ela se dá quando o metal entra em contato com um eletrólito. Formando as pilhas ou apenas ferrugem.

 Eletrólitos (são todas as substâncias que dissociadas ou ionizadas originam íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions) pela adição de um solvente ou aquecimento).

Eletroquímica: produção de energia

As reações de oxido-redução, também chamadas reações redox, são aquelas em que elétrons são transferidos de uma substância para outra, ocorrendo simultaneamente tanto à oxidação quanto a redução. A estequiometria dessas reações é tal que, todos os elétrons perdidos na oxidação são ganhos na redução; ou seja, a transferência de elétrons é implícita.

Uma célula eletroquímica consiste de um arranjo constituído de uma solução eletrolítica e dois metais diferentes nela imersos chamados eletrodos, onde se processa uma reação de oxirredução tal, que uma semi-reação (a oxidação) ocorre num eletrodo e a outra semi-reação (a redução) ocorre no outro eletrodo. Se a reação no interior da célula ocorre espontaneamente produzindo uma corrente elétrica, a célula é chamada galvânica.

Quando uma reação de oxirredução ocorre espontaneamente, a energia liberada é utilizada para executar trabalho elétrico.

O primeiro dispositivo que aproveitou a energia das reações de oxirredução para gerar eletricidade foi à pilha de Alessandro Volta. Ela foi feita em 1800 e era formada por discos de metais diferentes, como zinco e cobre intercalados e conectados por um fio condutor, além de um disco umedecido em salmoura.

Em 1836, o químico inglês John Frederic Daniell (1790-1845) aperfeiçoou a pilha de Volta, tornando-a menos arriscada. Essa nova pilha passou a ser conhecida como Pilha de Daniell.

A pilha de Daniell era constituída por duas semicélulas eletroquímicas. A primeira era formada por uma placa de zinco mergulhada em uma solução de sulfato de zinco em um béquer, e a outra era formada por uma placa de cobre mergulhada em uma solução de sulfato de cobre II em outro béquer. Essas duas placas eram interligadas por um fio de cobre condutor. Além disso, as duas soluções estavam conectadas por um tubo que continha uma solução eletrolítica, isto é, uma ponte salina.

[pic 1]             
Esquema da pilha de Daniell ou pilha de zinco-cobre

Além da lâmpada realmente acender, com o passar do tempo, ocorreram outras mudanças no sistema, que foram:

[pic 2]

• A solução de sulfato de cobre era azul inicialmente e foi ficando mais descorada. (isso ocorreu porque os cátions de cobre dispersos na solução foram consumidos).

• A placa de cobre aumentou de massa;

• A placa de zinco foi corroída, perdendo massa;

Essas mudanças ocorreram graças às reações de oxirredução entre os dois eletrodos. Visto que o zinco é mais reativo que o cobre, ele passou a transferir seus elétrons para o cátion cobre do outro eletrodo ao qual estava interligado, por meio do fio condutor. Desse modo, o zinco metálico sofreu oxidação, perdendo elétrons, tornando-se o polo negativo dessa pilha, que é chamado de ânodo. Veja essa semirreação abaixo:

(Semirreação do ânodo: Zn( s) ↔ Zn2+(aq) + 2 e-)

Portanto, visto que o zinco metálico foi consumido, transformando-se nos cátions zinco, a massa da lâmina de zinco foi diminuindo com o tempo.

Por outro lado, os cátions de cobre da solução receberam os elétrons que o zinco transferiu e, desse modo, esses cátions sofreram redução, transformando-se em cobre metálico, como mostra a semirreação abaixo. Dessa forma, esse eletrodo do cobre tornou-se o polo positivo, isto é, o ânodo:

(Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- ↔ Cu( s))

A pilha de Daniell possibilitou posteriormente a criação de novas pilhas com uma maior capacidade, as chamadas pilhas comerciais, e também a criação das baterias que são conjuntos de pilhas ligadas em série.

As pilhas primárias são dispositivos não recarregáveis, sendo que quando a reação de oxirredução que ocorre dentro delas cessa, elas devem ser descartadas.

Para cada equipamento é indicado um tipo de pilha e, entre as pilhas primárias usadas atualmente, temos as duas principais: as pilhas secas de Leclanché, chamadas também de (pilhas comuns ou pilhas ácidas) e as pilhas alcalinas, sendo essa a mais utilizada.

Já as Baterias podem ser recarregadas, diferente das pilhas que não. 

As Baterias  variam de acordo com a finalidade. As principais são: As Baterias de chumbo/ácido, Baterias de níquel/cádmio, Baterias de hidreto metálico/óxido de níquel e as Baterias de íons lítio que são as mais usadas.

Eletroquímica: formação da ferrugem

As transformações químicas ocorrem todo o tempo ao nosso redor, por exemplo, é muito comum notarmos que materiais feitos de Ferro ao ficarem expostos ao ambiente acabam se deteriorando. Isso ocorre devido ao contato do elemento químico ferro (Fe) com átomos de oxigênio (O) presentes no ar atmosférico e na água. Podemos notar também que em regiões litorâneas esses materiais sofrem ainda mais danos devido à presença de sais e uma maior umidade.