A ELETRODEPOSIÇÃO USANDO ÂNODO ATIVO

ELETRODEPOSIÇÃO USANDO ÂNODO ATIVO 

OBJETIVOS 

Realizar uma eletrodeposição sem controle do potencial usando ânodo ativo. 

Verificar a validade das Leis de Faraday. 

INTRODUÇÃO 

A passagem de corrente elétrica por um circuito constituído por condutores metálicos (eletrônicos) e condutores iônicos (eletrolíticos) é acompanhada de reações que ocorrem nas interfaces que separam uns dos outros tipos de condutores. Essas reações (ou melhor, semi-reações) são de oxidação ou de redução conforme o sentido da corrente elétrica que atravessa a interface. 

Ocorrem semi-reações de oxidação quando a corrente elétrica convencional atravessa a interface do condutor metálico para o condutor iônico. Essas semi-reações, também chamadas de reações anódicas, podem ser genericamente representadas por: 

Red1 → Ox1 + n1e−

onde Red1e Ox1são as substâncias redutoras e oxidantes e n1é um número inteiro. Ocorrem semi-reações de redução quando a corrente elétrica convencional atravessa a interface do condutor iônico para o condutor metálico. Essas semi-reações, também chamadas de reações catódicas, podem ser genericamente representadas por: 

Re  Ox2 + n2e → d2

onde Red2e Ox2tem o mesmo sentido dado anteriormente, as substâncias podendo, ou não, ser as  mesmas e n2é um número inteiro. 

As Leis de Faraday estabelecem relações quantitativas simples entre a quantidade de elétrons (ne-) e  a quantidade de cada uma das substâncias participantes das reações do tipo 1 e 2.

 Δm = εQ (forma consolidada das Leis de Faraday) 

onde Δmé a variação de massa de uma certa substância (dissolvida no ânodo ou depositada no  cátodo) e Q é a quantidade de carga que é dada pelo produto “corrente x tempo” quando a corrente é  constante; ε é o equivalente eletroquímico, que depende da substância e de seu número de oxidação  na reação escolhida. Assim, o equivalente eletroquímico é dado por: 

[pic 1]

onde M é a massa molar da substância e F é a constante de Faraday (96485 Coulomb/mol). Nesta prática será verificada a validade das Leis de Faraday em um caso particular. Escolheu-se a  semi-reação de redução no caso em que ela é provocada por um processo de eletrólise, mas especificamente, por uma eletrodeposição (niquelação) onde Ox2são os íons de Ni2+e Red2é o  respectivo metal. A semi-reação de redução neste estudo é: 

[pic 2]2

A semi-reação de oxidação ocorre na mesma cuba eletrolítica, onde o ânodo é constituído pelo Ni  (MA = 58,7 g/mol) e é oxidado segundo a seguinte reação: 

[pic 3]

O revestimento assim formado é constituído por uma película metálica que se interpõe entre o meio e  o material que se quer proteger, neste caso aço. No entanto, como o níquel é mais nobre que o ferro  do aço (maior potencial de redução), a película deve ser e permanecer isenta de descontinuidades,  porque uma eventual falha provocará corrosão localizada na superfície do aço. Quando se trata de  chapas finas, a massa do revestimento é freqüentemente expressada por unidade de área (A) assim, 

[pic 4]

De um modo geral, o sucesso do processo de eletrodeposição depende da tensão e da corrente  aplicada de modo a garantir as melhores condições para o cumprimento das Leis de Faraday. Na  prática, o sucesso é real quando é possível obter depósito compacto, aderente, liso e brilhante que  possa ser manuseado, lavado e secado sem perda de massa ou aparência. As características do  depósito dependem de uma complexa combinação de fatores: tratamento da superfície do cátodo,  composição do banho quanto às concentrações de cátions e do pH, agitação e temperatura do banho,  etc. No entanto, densidades de corrente médias ou baixas, banhos de concentrações médias ou baixas  e agitação constante parecem ser condições favoráveis em todos os casos. 

PARTE EXPERIMENTAL 

MATERIAIS NECESSÁRIOS 

1 Béquer de 400 ml (cuba da célula eletrolítica). 

1 Tampa de plástico provida de duas garras periféricas (pólo positivo) e um fio suporte central (pólo  negativo) que asseguram as chapas metálicas constituintes dos eletrodos. 

1 Chapa de aço de aproximadamente 90x30 mm que possa ficar suspensa no fio suporte da tampa.

2 Chapas de Ni de aproximadamente 90x30 mm que possam fixar-se nas garras da tampa.

1 Fonte de tensão e corrente contínuas (bomba de elétrons). 

1 Amperímetro (ou um multímetro).

15 

1 Cronômetro. 

1 Agitador magnético. 

2 Fios providos de jacarés e/ou pinos para conexões. 

2 Jacarés para sujeição da chapa do cátodo. 

2 Lixas da água no80. 

2 Pissetas, uma com água destilada e outra com etanol ou acetona. 

1 Béquer de 250 mL para a lavagem da chapa de aço niquelada. 

1 Detergente líquido. 

1 Secador de cabelos. 

1 Termômetro de 0oa 100oC. 

Solução de NiSO4 1,0 M, pH ≈ 3,0, ~300 mL (banho tipo Watts). 

PROCEDIMENTO 

Entre as chapas disponíveis de níquel e aço, escolha aquelas que apresentem superfícies mais planas  e lisas para servir como ânodo e cátodo, respectivamente. Logo, lixe-as bem e lave-as com  detergente e enxágüe-as sucessivamente com água destilada e álcool ou acetona (uma boa limpeza é  condição essencial para uma boa eletrodeposição). Segure as chapas pelas arestas e seque-as em uma  corrente de ar. Cole uma fita adesiva plástica à chapa de aço de maneira de limitar a área submersa  de 11 a 17 cm2. A partir de agora, essa chapa deve ser segurada só pela área coberta pela fita. Pese-a  numa balança digital semi-analítica (precisão ± 0,001 g). Verifique se a montagem está completa,  quanto ao posicionamento das chapas na tampa e ao nível do banho na cuba, o qual deve ficar, no  mínimo, 1 cm debaixo das garras (Figura 1). Mediante o agitador magnético agite a solução de forma  lenta e constante para favorecer a formação de um depósito mais homogêneo. Assegure-se que a  chapa de aço fique firme sem balançar durante a agitação.