O níquel sofre corrosão em uma solução ácida de acordo com a reação
As taxas das semirreações de oxidação e redução são controladas pela polarização por ativação.
(a) Calcule a taxa de oxidação do
(em
), dados os seguintes valores para a polarização por ativação:
As taxas das semirreações de oxidação e redução são controladas pela polarização por ativação.
(a) Calcule a taxa de oxidação do
Para o níquel | Para o Hidrogênio |
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Passo 1
Entendendo o Problema
Vamos resolver um exercício sobre a corrosão do níquel em solução ácida. A reação de corrosão é dada por:
Aqui, o níquel (
) está sendo oxidado a íons de níquel (
), enquanto os íons de hidrogênio (
) estão sendo reduzidos a gás hidrogênio (
). As taxas das semirreações de oxidação (níquel) e redução (hidrogênio) são controladas pela polarização por ativação.
Para calcular a taxa de oxidação do níquel (
) em
, vamos precisar dos seguintes dados:
- Potenciais padrão (
) - Correntes de troca (
) - Coeficientes de Tafel (
)
Esses valores estão fornecidos na tabela para as semirreações de níquel e hidrogênio.
Passo 2
Entendendo as Semirreações e os Parâmetros Fornecidos
Primeiro, vamos identificar as semirreações de oxidação e redução:
-
Oxidação do Níquel:
- Potencial padrão:
- Corrente de troca:
- Coeficiente de Tafel:
- Potencial padrão:
-
Redução do Hidrogênio:
- Potencial padrão:
- Corrente de troca:
- Coeficiente de Tafel:
- Potencial padrão:
O que são esses parâmetros?
- Potencial padrão (
): Indica a tendência da reação ocorrer. Valores mais positivos significam maior tendência de redução. - Corrente de troca (
): Representa a corrente quando a sobrepotencial é zero, relacionada à facilidade da reação ocorrer. - Coeficiente de Tafel (
): Relaciona a variação da corrente com a sobrepotencial.
Passo 3
Calculando a Sobrepotencial para a Oxidação do Níquel
A sobrepotencial (
) é a diferença entre o potencial real da célula e o potencial padrão. Para calcular a taxa de oxidação, precisamos relacionar a corrente da semirreação com a sobrepotencial usando a Equação de Tafel:
Onde:
-
é a sobrepotencial, -
é a constante de proporcionalidade, -
é o coeficiente de Tafel, -
é a corrente, -
é a corrente de troca.
Para simplificar, assumiremos que a sobrepotencial para a oxidação do níquel está controlando a taxa de corrosão, então focaremos nessa semirreação.
Passo 4
Isolando a Corrente de Oxidação (
)
Podemos reescrever a Equação de Tafel para encontrar a corrente
:
Entretanto, para a corrosão, geralmente usamos a forma simplificada da Equação de Tafel onde:
Como queremos encontrar
, precisamos relacionar a sobrepotencial com os dados fornecidos. Mas, sem o valor da sobrepotencial, precisamos considerar que a célula está em equilíbrio, onde as correntes de oxidação e redução se igualam.
Passo 5
Igualando as Correntes de Oxidação e Redução
Em equilíbrio:
Onde:
-
é a corrente de oxidação do níquel, -
é a corrente de redução do hidrogênio.
Usando a Equação de Tafel para cada semirreação:
Igualando as duas:
Passo 6
Resolvendo para a Sobrepotencial (
)
Vamos dividir ambos os lados por
:
Tomando o logaritmo natural de ambos os lados:
Isolando
:
Passo 7
Substituindo os Valores para Encontrar
Vamos substituir os valores fornecidos:
Calculando o logaritmo:
Calculando o denominador:
Portanto:
Passo 8
Calculando a Corrente de Oxidação (
)
Agora que temos
, podemos calcular
usando a Equação de Tafel para o níquel:
Substituindo os valores:
Calculando o expoente:
Portanto:
Passo 9
Convertendo a Corrente para
Para converter a corrente (
) para taxa de oxidação em mol/cm²·s, usamos a relação:
Onde:
-
é a corrente (A), -
é o número de elétrons por mol, -
é a constante de Faraday ( ), -
é a taxa de oxidação (mol/s).
Rearranjando para
:
Para a oxidação do níquel:
- Cada átomo de
perde 2 elétrons ( ).
Substituindo os valores:
Resposta
A taxa de oxidação do níquel é aproximadamente
.