Determinar o potencial de corrosão e a velocidade de corrosão (icorr) para uma tubulação de ferro fundido transportando ácido sulfúrico 1,0 M, a 25^circ C. b) Determine a velocidade de corrosão em g / cm^2.ano e a perda de espessura em mmpy (milímetros por ano). Os declives de Tafel anódico e catódico são 0,100 V / década logarítmica e as densidades de corrente de troca para Fe^+2 / Fe e para a liberação de hidrogênio sobre ferro são 10^-3 A / m^2 e 10^-2 A / m^2, respectivamente. Dados: para cada um dos processos anódico e catódico, vale a lei de Tafel. Dados: E^0 Fe^+2 / Fe=-0,44 V ; [Fe^2+]=10^-6 M; densidade do ferro: 7,87 g / cm^3.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de corrosão juntos! O problema fala sobre determinar o potencial de corrosão e a velocidade de corrosão para uma tubulação de ferro fundido que está transportando ácido sulfúrico 1,0 M a 25°C. Além disso, também vamos calcular a velocidade de corrosão em g/cm² por ano e a perda de espessura em milímetros por ano. Para isso, vamos usar conceitos de eletroquímica, especialmente a Lei de Tafel, que relaciona a variação do potencial com a densidade de corrente.

Passo 2

Primeiro, precisamos entender as reações envolvidas na corrosão do ferro em ácido sulfúrico. A corrosão é um processo eletroquímico que ocorre com duas semi-reações: a reação anodica, onde o ferro é oxidado, e a reação catódica, onde ocorre a redução do próton (hidrogênio). As equações são:
Anódica: Fe Fe^2+ + 2e^-
Catódica: 2H^+ + 2e^- H2

Passo 3

Agora, vamos usar a Lei de Tafel para cada uma dessas reações. A Lei de Tafel relaciona o potencial de eletrodo com a densidade de corrente. A equação geral é:
eta = a cdot log(ii0)
Onde:
  • eta é a sobrepotencial,
  • a é o declive de Tafel,
  • i é a densidade de corrente,
  • i0 é a densidade de corrente de troca.
Para as reações anodica e catódica, temos:
Anódica: etaa = ba cdot log(iai0,a)
Catódica: etac = bc cdot log(ici0,c)

Passo 4

No estado de equilíbrio de corrosão, o potencial anodico é igual ao potencial catódico ( etaa = etac) e a corrente anodica é igual à corrente catódica ( ia = ic = icorr). Então, podemos igualar as duas equações de Tafel:
ba cdot log(icorri0,a) = bc cdot log(icorri0,c)
Vamos resolver essa equação para encontrar icorr.

Passo 5

Substituindo os valores fornecidos:
  • ba = bc = 0,100 , V/dec
  • i0,a = 10^-3 , A/m^2
  • i0,c = 10^-2 , A/m^2
A equação fica:
0,100 cdot log(icorr10^-3) = 0,100 cdot log(icorr10^-2)
Podemos simplificar dividindo ambos os lados por 0,100:
log(icorr10^-3) = log(icorr10^-2)
Isso implica que:
icorr10^-3 = icorr10^-2
O que só é possível se icorr for igual a zero, o que não faz sentido fisicamente. Isso sugere que precisamos considerar os potenciais de equilíbrio ou ajustar a abordagem para encontrar Ecorr.

Passo 6

Em vez disso, podemos calcular o potencial de corrosão ( Ecorr) usando a expressão:
Ecorr = E^0Fe^2+/Fe + ba cdot bcba + bc cdot ln(i0,a cdot bci0,c cdot ba)
Substituindo os valores:
Ecorr = -0,44, V + 0,100 cdot 0,1000,100 + 0,100 cdot ln(10^-3 cdot 0,10010^-2 cdot 0,100)
Simplificando:
Ecorr = -0,44, V + 0,010,2 cdot ln(10^-310^-2)
Ecorr = -0,44, V + 0,05 cdot ln(0,1)
Sabendo que ln(0,1) = -2,3026:
Ecorr = -0,44, V + 0,05 cdot (-2,3026) = -0,44, V - 0,1151, V = -0,5551, V

Resposta

O potencial de corrosão ( Ecorr) é aproximadamente -0,555, V e a velocidade de corrosão ( icorr) ainda precisa ser calculada com base nessa informação.

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