O níquel sofre corrosão em uma solução ácida de acordo com a reação Ni+2 H+ Ni 2++H 2
As taxas das semirreações de oxidação e redução são controladas pela polarização por ativação.
(a) Calcule a taxa de oxidação do Ni (em mol / cm 2 cdot s ), dados os seguintes valores para a polarização por ativação:
Para o níquel Para o Hidrogênio
E^circ=-0,126 V E^circ=0,00 V
i0=2 times 10^-8 A / cm^2 i0=6 times 10^-7 A / cm^2
beta=+0,12 beta=-0,10

Passo 1

Entendendo o Problema
Vamos resolver um exercício sobre a corrosão do níquel em solução ácida. A reação de corrosão é dada por:
Ni + 2H^+ Ni^2+ + H2
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:
  1. Oxidação do Níquel:
    Ni Ni^2+ + 2e^-
    • Potencial padrão: 2H^+ + 2e^- H2
    • Corrente de troca:
    • Coeficiente de Tafel:
  2. Redução do Hidrogênio:
    • Potencial padrão:
    • Corrente de troca:
    • Coeficiente de Tafel:
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 ( eta = bbeta ln(ii0) ) 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 ( i = i0 exp(beta etab) )
Podemos reescrever a Equação de Tafel para encontrar a corrente i = i0 exp(beta eta) :
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:
iox = ired
Onde:
  • iox = i0,Ni exp(betaNi eta) é a corrente de oxidação do níquel,
  • ired = i0,H2 exp(betaH2 eta) é a corrente de redução do hidrogênio.
Usando a Equação de Tafel para cada semirreação:
i0,Ni exp(betaNi eta) = i0,H2 exp(betaH2 eta)
Igualando as duas:

Passo 6

Resolvendo para a Sobrepotencial ( exp(betaNi eta) = i0,H2i0,Ni exp(betaH2 eta) )
Vamos dividir ambos os lados por betaNi eta = ln(i0,H2i0,Ni) + betaH2 eta :
eta (betaNi - betaH2) = ln(i0,H2i0,Ni)
Tomando o logaritmo natural de ambos os lados:
eta = ln(i0,H2i0,Ni)betaNi - betaH2
Isolando :

Passo 7

Substituindo os Valores para Encontrar i0,H2 = 6 times 10^-7,A/cm^2
Vamos substituir os valores fornecidos:
i0,Ni = 2 times 10^-8,A/cm^2
betaNi = +0,12
betaH2 = -0,10
ln(6 times 10^-72 times 10^-8) = ln(30) approx 3,4012
Calculando o logaritmo:
betaNi - betaH2 = 0,12 - (-0,10) = 0,22
Calculando o denominador:
eta = 3,40120,22 approx 15,46,V
Portanto:

Passo 8

Calculando a Corrente de Oxidação ( iox = i0,Ni exp(betaNi eta) )
Agora que temos i0,Ni = 2 times 10^-8,A/cm^2 , podemos calcular betaNi = 0,12 usando a Equação de Tafel para o níquel:
eta = 15,46,V
Substituindo os valores:
0,12 times 15,46 = 1,8552
exp(1,8552) approx 6,398
iox = 2 times 10^-8 times 6,398 approx 1,28 times 10^-7,A/cm^2
Calculando o expoente:
Portanto:

Passo 9

Convertendo a Corrente para i = n F dndt
Para converter a corrente ( dndt = in F ) para taxa de oxidação em mol/cm²·s, usamos a relação:
i = 1,28 times 10^-7,A/cm^2
Onde:
  • n = 2 é a corrente (A),
  • F = 96485,C/mol é o número de elétrons por mol,
  • dndt = 1,28 times 10^-72 times 96485 approx 1,28 times 10^-7192970 approx 6,625 times 10^-13,mol/cm^2 cdot s 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 .

Exercícios relacionados