Galvanização

A galvanização é o processo de revestimento de um metal por outro a fim de protegê-lo contra a corrosão ou melhorar sua aparência. Trata-se de um processo de revestimento de superfícies por meio da eletrólise onde o metal a ser revestido funciona como cátodo e o metal que irá revestir a peça funciona como o ânodo (também pode ser utilizado como ânodo algum material inerte). A solução eletrolítica deve conter um sal composto por cátions do metal que se deseja revestir a peça. O controle da espessura da camada a ser depositada pelo processo de eletrogalvanização é feito por meio de modelos matemáticos.

O revestimento de superfícies metálicas também pode ocorrer por meio da imersão do metal que se quer revestir no metal fundido que irá revesti-lo. No entanto, o processo eletrolítico permite melhor cobertura (mais homogênea), embora ambas sejam igualmente utilizadas. Nesse processo, de imersão, o controle da espessura do revestimento se dá pela velocidade com que a peça passa pelo banho metálico, a temperatura do forno do metal de revestimento, e da aplicação de um jato de nitrogênio ao final do processo.

Podem ser usados diferentes metais para o revestimento de uma peça. Ao processo de revestimento por cromo, por exemplo, dá-se o nome de “cromagem” ou “cromação”; se o revestimento for de níquel, dá-se o nome de “niquelagem” ou “niquelação”. E ainda temos o zinco, o estanho, o magnésio, o ouro, o cobre, a prata e etc.. Cada metal de revestimento pode conferir características diferentes ao material galvanizado de acordo com suas propriedades, como maior ou menor condutividade, ou ainda resistência a temperaturas extremas.

O revestimento de finas lâminas de aço com o metal estanho tem como produto as chamadas “folhas de flandres” utilizadas na fabricação de latas para armazenar diversos produtos como conservas, óleos e etc. O estanho é utilizado para esta aplicação porque é um metal que apresenta maior resistência à oxidação em contato com a água, geralmente presente nestes produtos. O processo de revestimento do aço por estanho é geralmente realizado por imersão.

No caso do ferro, a proteção contra corrosão mais comum é feita pela deposição de zinco metálico. O zinco possui a característica de oxidar mais rápido que o ferro. Assim, se em uma placa de ferro galvanizado¹ ocorrer uma rachadura ou desplacamento, deixando o ferro exposto, o zinco irá oxidar mais rápido que o ferro. Então, enquanto houver zinco, o ferro não será oxidado.

¹Geralmente chama-se de “ferro galvanizado” o ferro revestido com zinco.

Fonte: http://www.infoescola.com/quimica/galvanizacao/

Produção de Alumínio por Eletrólise

O alumínio é um metal bastante utilizado em estruturas e em objetos em vários setores da sociedade, tais como na construção civil, nos transportes (como em carrocerias de automóveis, embarcações, fuselagens de aviões e em aros de bicicletas), em eletroeletrônica, na indústria petroquímica e metalúrgica, em tampas de iogurte, frigideiras, papel alumínio e assim por diante.

Ele tem essa ampla aplicação devido às suas propriedades, como baixa densidade, elevada resistência mecânica e à corrosão. Além disso, ele é muito usado em ligas metálicas, tais como o duralumínio (95,5% de alumínio, 3% de cobre, 1% de manganês e 0,5 de magnésio).

No entanto, o alumínio não aparece na sua forma elementar (Aℓ_(s)) na natureza, apenas combinado com outros elementos formando compostos como os minérios. O principal minério que possui o alumínio é a bauxita, que contém óxido de alumínio hidratado (Aℓ₂O₃ . x H₂O) e diversas impurezas. A foto abaixo mostra o minério bauxita natural e tubos feitos de alumínio metálico:

O processo que era feito antigamente para obter o alumínio a partir da alumina (Aℓ₂O₃) da bauxita era caro e ineficiente. Além do mais, a alumina possui ponto de fusão em cerca de 2 000 ºC, uma temperatura muito elevada.

Mas, em 1886, o americano Charles M. Hall e o francês Paul Héroult desenvolveram de modo independente um método que é usado até hoje para se produzir o alumínio a partir da alumina. Esse método, que se dá por meio da eletrólise, é chamado de Processo de Hall-Héroult, ou, simplesmente, Processo de Hall, visto que Charles M. Hall o patenteou.

Eles descobriram que a criolita (Na₃AℓF₆) atua como fundente da alumina, isto é, a criolita consegue baixar o ponto de fusão da alumina a cerca de 1000 ºC. Assim, o processo de Hall-Héroult consiste em colocar a mistura fundida da alumina com a criolita (Aℓ₂O₃ + Na₃AℓF₆) num recipiente feito de ferro ou de aço (liga metálica cujo principal constituinte é o ferro), com eletrodos de carbono (pode ser de carvão ou de grafite) mergulhados nessa mistura. Visto que está fundida, a mistura líquida contém os íons Aℓ³⁺_(ℓ) e O^2-_(ℓ)  livres.

2 Aℓ₂O_{3(ℓ) →} 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 6 O^2-_(ℓ)

O recipiente de aço atua como cátodo, ou seja, como polo negativo, onde ocorre a redução dos cátions do alumínio:

Semirreação do cátodo: 4 Aℓ³⁺_(ℓ) + 12 e^- → 4 Aℓ_(ℓ)

Esse alumínio formado permanece no estado líquido, porque o seu ponto de fusão é menor que o da mistura “criolita+alumina”, sendo igual a 660,37 ºC. Porém, visto que sua densidade é maior que a densidade da mistura, ele desce para o fundo do recipiente, onde é coletado por escoamento.

Depois o alumínio fundido é colocado em moldes, nos quais se solidifica.

Os eletrodos de carbono atuam como ânodos, polos positivos onde há a oxidação dos ânions oxigênio:

Semirreação do ânodo: 6 O^2-_(ℓ)  → 12 e^- + 3 O_2(g)

Esse gás oxigênio formado reage com o carbono do eletrodo e forma o gás carbônico (CO_2(g)):

3 O_2(g)  + 3 C_(s) → 3 CO_2(g)

Desse modo, a equação global que ocorre nesse processo é dada por:

Fonte:http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/producao-aluminio-por-eletrolise.htm

Gênios da Química #9: Michael Faraday

 

Michael Faraday (Newington, Surrey, 22 de setembro de 1791 — Hampton Court, 25 de agosto de 1867) foi um físico e químico inglês, sendo considerado um dos cientistas mais influentes de todos os tempos. Suas contribuições mais importantes e seus trabalhos mais conhecidos foram nos intimamente conectados fenômenos da eletricidade, eletroquímica e do magnetismo, e diversas outras contribuições muito importantes na física e na química.

Faraday foi principalmente um experimentalista, e de fato, ele foi descrito como o "melhor experimentalista na história da ciência", embora não conhecesse matemática avançada, como cálculo infinitesimal. Tanto suas contribuições para a ciência, e o impacto delas no mundo, são certamente grandes: suas descobertas científicas cobrem áreas significativas das modernas física e química, e a tecnologia desenvolvida baseada em seu trabalho está ainda mais presente. Suas descobertas em eletromagnetismo deixaram a base para os trabalhos de engenharia no fim do século XIX por pessoas como Edison, Siemens, Tesla e Westinghouse, que tornaram possível a eletrificação das sociedades industrializadas, e seus trabalhos em eletroquímica são agora amplamente usados em química industrial.

Na física, foi um dos primeiros a estudar as conexões entre eletricidade e magnetismo. Em 1821, logo após Oersted ser o primeiro a descobrir que a eletricidade e o magnetismo eram associados entre si, Faraday publicou seu trabalho que chamou de "rotação eletromagnética" (princípio por trás do funcionamento do motor elétrico). Em 1831, Faraday descobriu a indução eletromagnética, o princípio por trás do gerador elétrico e do transformador elétrico. Suas ideias sobre os campos elétricos e os magnéticos, e a natureza dos campos em geral, inspiraram trabalhos posteriores nessa área (como as equações de Maxwell), e campos do tipo que ele fitou são conceitos-chave da física atual.

Na química, descobriu o benzeno, produziu os primeiros cloretos de carbono conhecidos (C2Cl6 e C2Cl4),  ajudou a estender as fundações da metalurgia e metalografia, além de ter tido sucesso em liquefazer gases nunca antes liquefeitos (dióxido de carbono, cloro, entre outros), tornando possíveis métodos de refrigeração que foram muito usados. Talvez sua maior contribuição foi em virtualmente fundar a eletroquímica, e introduzir termos como eletrólito, ânodo, catodo, eletrodo, e íon.

Fonte:http://pt.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday

As 13 Grandes Descobertas da Química #7

 

7. Transformar energia elétrica Chemicals (1807 - 1810) Humphry Davy acha que a eletricidade transforma produtos químicos. Ele usa uma pilha elétrica (uma bateria precoce) para separar sais em um processo hoje conhecido como eletrólise. Com muitas baterias ele é capaz de separar o potássio e o sódio em cálcio, estrôncio, bário e magnésio.

Fonte: http://quimicaensinada.blogspot.com.br/2011/07/confira-quais-foram-as-13-maiores.html

A Eletroquímica e a Pilha

 

Para melhor entender a eletroquímica, vamos recordar algo sobre oxidação e redução.

• Oxidação: Quando uma espécie química perde elétrons na reação.
  
• Redução: quando uma espécie química recebe elétrons na reação.
  

A Série da Reatividade Química
Analisando em conjunto os resultados obtidos na seqüência anterior de experiências verificamos que existe uma determinada ordem para que a reação ocorra, isto é, não basta simplesmente juntar duas espécies químicas: um metal e uma solução. A natureza impõe condições para que haja reação entre um determinado par de metal/catíon.
Nas experiências que descrevemos, observamos que:

• Al cede elétrons ao Zn ;
  
• Zn cede elétrons ao Cu ;
  
• Cu não cede elétrons ao Zn .

Podemos dispor esses metais em uma seqüência que indique a preferência em ceder elétrons, ou, como é chamada, uma série de reatividade química.

Pilha

Pilha é qualquer dispositivo no qual uma reação de oxirredução espontânea produz corrente elétrica.
Cátodo é o eletrodo no qual há redução (ganho de elétrons). É o pólo positivo da pilha.
Ânodo é o eletrodo no qual há oxidação (perda de elétrons). É o pólo negativo da pilha.
Os elétrons saem do ânodo (pólo negativo) e entram no cátodo (pólo positivo) da pilha.

Pilhas comerciais
    * Pilha seca comum (Leclanché)
    * Pilha alcalina comum
    * Pilha de mercúrio
    * Bateria de níquel-cádmio
    * Bateria de chumbo
    * Pilha de combustível
Representação convencionada pela IUPAC
Ânodo/Solução do ânodo//Solução do cátodo/Cátodo
Exemplo: Pilha de Daniell: Zn/Zn²⁺//Cu²⁺/Cu

Eletrodo padrão

Eletrodo padrão é aquele no qual as concentrações das substâncias em solução é igual a 1 mol/L e a temperatura é de 25°C.
No caso de um gás participar do eletrodo, sua pressão deve ser igual a 1 atm.
Por convenção, o potencial padrão de eletrodo do hidrogênio é igual a zero e o seu potencial padrão de redução é igual a zero:

2H⁺ + 2e^-  ⇒  H₂  

E⁰_red = 0 (convenção)

A IUPAC eliminou o termo potencial de oxidação. Sempre deve ser usada a expressão potencial de redução.

A medida do potencial padrão de redução de um dado eletrodo padrão é feita medindo-se a ddp de uma pilha padrão na qual uma das semipilhas é um eletrodo padrão de hidrogênio e a outra é o eletrodo padrão cujo E⁰_red se quer medir.

• Quanto maior for o E⁰_red, mais fácil será a redução e mais forte será o oxidante.
  
• Quanto menor for o E⁰_red, mais difícil será a redução e mais fraco será o oxidante.
  
• Quanto maior for o E⁰_red, mais difícil será a oxidação e mais fraco será o redutor.
  
• Quanto menor for o E⁰_red, mais fácil será a oxidação e mais forte será o redutor.
  
  

Corrosão

Corrosão do ferro

Reação global: 2Fe + 3/2O2 + xH2O  ⇒

Fe2O3 · xH2O Ferrugem

Proteção contra a corrosão
* Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco)
* Lata (ferro revestido de estanho)
* Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas na superfície e que funcionam como eletrodo de sacrifício

Eletrólise

Eletrólise é uma reação de oxirredução não-espontânea produzida pela passagem da corrente elétrica.
Cátodo da cela eletrolítica é o eletrodo negativo, isto é, ligado ao pólo negativo do gerador. Nele ocorre sempre uma reação de redução.
Ânodo da cela eletrolítica é o eletrodo positivo, isto é, ligado ao pólo positivo do gerador. Nele sempre ocorre uma reação de oxidação.

	Pólo Positivo	Pólo Negativo
Pilha	Cátodo	ânodo
Célula Eletrolítica	ânodo	Cátodo

Na eletrólise em solução aquosa de sais de metais alcalinos (Na⁺, K⁺...), alcalino-terrosos (Ca²⁺, Ba²⁺...) e de alumínio (Al³⁺), a descarga no cátodo não é a dos respectivos cátions, mas ocorre segundo a equação:

2H₂O + 2e^- ⇒ H₂ + 2(OH)^-

Nas eletrólises em solução aquosa e com ânodo inerte (Pt ou grafite) de sais oxigenados (SO₄^2-, NO₃^-, PO₄^3-...) não há a descarga dos respectivos ânions oxigenados, mas ocorre a descarga segundo a equação:

H₂O ⇒ 2H⁺ + ½O₂ + 2e^-

O ânion F^-, embora não seja oxigenado, comporta-se como os ânions oxigenados em relação à descarga no ânodo.

Nas eletrólises em solução aquosa com ânodo de metal não-inerte M (prata ou metal mais reativo que a prata), a descarga que ocorre no ânodo é segundo a equação:

M ⇒ M ^x+ + xe^-

Ag ⇒ Ag⁺ + e^- 

Cu ⇒ Cu²⁺ + 2e^-

Purificação eletrolítica do cobre - Faz-se a eletrólise de CuSO₄ em solução aquosa usando como cátodo um fio de cobre puro e como ânodo um bloco de cobre impuro. Nesse processo, precipita a lama anódica que contém impurezas de Au, Ag, Pt, etc., da qual são posteriormente extraídos esses metais.

Galvanoplastia - Douração, prateação, niquelação, cromeação, etc., feitas por via eletrolítica.

Aplicações da eletrólise  

• Obtenção de metais (Al, Na, Mg)
• Obtenção de NaOH, H₂ e Cl₂
• Purificação eletrolítica de metais
• Galvanoplastia

Equação Geral da Eletrólise

São duas: M = kEQ e m = eQ

96500C = m = 1E

1C = m = 1e

Fonte: http://www.coladaweb.com/quimica/eletroquimica/eletroquimica-e-pilha