Engenharia de Superficie

3 Sobre o Diagrama de Pourbaix pedese a Ao observar o diagrama de Pourbaix isotérmico abaixo para um metal A cujos coeficientes m n p q r e s são valores inteiros que generalizam o gráfico descreva e discuta os eventos que ocorrem em cada uma das regiões 1 2 3 4 5 6 Adaptado de Petrobras Figura 1 Diagrama E x pH para o elemento A b Dado o diagrama de Pourbaix para o ferro apresente os potenciais de equilíbrio levando em conta pH 70 para as reações de oxidação do Fe a Fe2 da evolução do H2g e do O2g tomando por referência num primeiro momento o eletrodo padrão PtH2 e num outro momento o eletrodo de Calomelano Saturado ECS Figura 2 Diagrama de Pourbaix para o Ferro EV em relação ao Eletrodo de Hidrogênio Xn 106 c Desenhe o Diagrama de Pourbaix para o Zn mostrando os principais equilíbrios zonas de inatividade zonas de passivação e zonas de corrosão bem como os campos de estabilidade da água de evolução de H2g e de O2g 4 Desenhe o diagrama de Pourbaix para o Fe bem como apresente as respectivas equações de Nerst ou de constante de equilíbrio para os seguintes equilíbrios i FeFe2 ii Fe3Fe2 iii Fe2Fe2O3 iv Fe3Fe2O3 Considere em sua análise temperatura ambiente pressão de 1 atm e Xn 106 5 Para os diferentes sistemas eletroquímicos apresentados abaixo desenvolva o que se pede a Uma das extremidades de um fio de zinco está imersa num eletrólito 007 M de íons Zn2 e a outra extremidade esta imersa num eletrólito 0002 M de íons Zn2 estando os dois eletrólitos separados por uma parede porosa Qual vai ser a diferença de potencial desta célula assim formada b Calcule o potencial de eletrodo para a Ag imersa numa solução de NaCl 00500 molL1 sendo dados Ag e Ags E0AgAg 0799 V AgCls Ag Cl K AgCl AgCls 1e Ag0 Cl E0AgClAg 0222 V c Dada a célula CuCu2 00200 molL1 Ag 00200 molL1 Ag Calcule o potencial da mesma e a variação de energia livre G verificada na reação da célula sendo dados Ag e Ags E0AgAg 0799 V Cu2 2e Cus E0Cu2Cu 0337 V 8 Dada a figura abaixo pedese a Mostre as zonas de processos eletroquímicos presentes bem como as posições dos respectivos valores de potencial e de corrente envolvidos b Discuta o fenômeno da passivação e sua influência sobre a resistência à corrosão de alguns materiais metálicos e sobre a ocorrência de fenômenos de corrosão Figura 3 Curva de Evans Potencial Eletroquímico x Densidade de Corrente para um sistema hipotético 9 Dada a figura abaixo pedese a Indique o potencial e corrente de eletrodo tanto para o Zn quanto para o H o potencial e a densidade de corrente de corrosão para o Zn bem como mostre as zonas de polarização catódica e anódica tanto para o H quanto para o Zn b Estabeleça a massa de Zn corroída após uma exposição de 45 minutos nas condições do ensaio da figura abaixo Justifique sua resposta São dados massa atômica do Zn 6538 gmol Constante de Faraday 96500 C As área da amostra de 10 cm2 Figura 4 Curva de Evans Potencial Eletroquímico x Log da Densidade de Corrente para um sistema ZnH 10 Uma tubulação de aço baixo carbono para efeitos de análise consideremos feita de ferro praticamente puro 787 gcm3 exposta a um eletrólito experimenta uma perda de massa de 600 g no decorrer de um mês de uso São dados comprimento da tubulação 100 m espessura da tubulação 64 mm diâmetro externo da tubulação 223 mm Estabeleça i a espessura da tubulação que será perdida em um ano de exposição ao meio em questão ii a corrente de corrosão verificada neste processo lembrando que o MFe 5585 gmol F 96500 As considere nFe 3 11 A partir da figura abaixo a Apresente os respectivos valores de Potencial e Densidade de corrente para o Aço 304 imerso tanto no Álcool etílico quanto em solução de sulfato de potássio Indique qual dos eletrólitos é mais agressivo para este material Justifique sua resposta b Estabeleça a taxa de corrosão do aço 304 L nas condições de ensaio Justifique sua resposta Figura 5 Curva de Evans Potencial Eletroquímico x Densidade de Corrente para um sistema aço 304 L imerso em Álcool e solução de sulfato de potássio 12 Sobre os fenômenos de Corrosão apresente e discuta a O fenômeno de corrosão por pite em aços inoxidáveis b A relação do fenômeno da sensitização dos aços inoxidáveis com a resistência à corrosão destes materiais c O fenômeno de CST em materiais metálicos d O fenômeno da Fragilização pelo Hidrogênio em aços 15 Uma tubulação de aço encontrase em contato com uma solução ácida pH 3 de FeSO4 a 005M desaerada sem oxigênio Determine o potencial de corrosão a corrente de corrosão e a velocidade de corrosão para a tubulação no meio em questão Considere a temperatura como sendo igual a 25º C Sabendo que a tubulação está sofrendo corrosão generalizada transforme a corrente de corrosão em perda de espessura cmano Desenhe o gráfico de Evans esquemático para este sistema indicando as posições para as correntes e potenciais notáveis São dados Tabela 4 Dados para o comportamento cinético da corrosão num sistema FeH ba 01 bc 012 MFe 5585 gmol 787 gcm3 MnF 16 Temse o cobre imerso em duas soluções diferentes i Cu2 105 M em solução aquosa não aerada com pH 4 ii Cu2 105 M em solução aquosa aerada p02 02 atm com pH 4 Nestas condições dadas é esperado que o cobre sofra corrosão nos dois casos Justifique sua resposta Estabeleça para cada condição o potencial das células eletroquímicas formadas em cada caso Apresente seus cálculos considerando pT 10 atm T 298 K R 8318 JmolK F 96500 C São dados E E 0 RT nF lnk E 0 RT nF ln ared aoxi E 0RT nF ln aoxi ared 17 Dado o diagrama de Pourbaix para o ferro pedese a Indique com precisão na figura abaixo os campos de imunidade do Fe de passivação do Fe e de corrosão do Fe bem como as zonas de predominância do comportamento anódico e do comportamento catódico bem como as zonas de estabilidade da água e da evolução do H2g e do O2g pOH logOH pH pOH 140 pH logH Figura 6 Diagrama de Pourbaix para o Ferro EV em relação ao Eletrodo de Hidrogênio para concentrações de 106 molar b Levando em conta as informações apresentadas na figura abaixo apresente a equação de Nerst e o valor de potencial numa solução a Fe2 103 molar e pH de 50 para o seguinte equilíbrio Fe2O3 6H 2e 2Fe2 3H2O Figura 7 Diagrama de Pourbaix para o Ferro EV em relação ao Eletrodo de Hidrogênio para diversas concentrações dos cátions de Fe 18 Dado o Diagrama de Evans da figura abaixo estabeleça a A declividade de Taffel para o H catódica e para o Fe anódica 075 b Estabeleça a taxa de corrosão considere seção exposta de 175 cm2 em termos de mmano para o ferro nas condições dadas Lembrando que Fe2 29 104 gAs e Fe 785 gcm3 Aponte se se trata de taxa de corrosão severa ou moderada 075 Figura 8 Diagrama de Evans para o Fe e o H sob condições de temperatura pressão e concentração padrões Unidades em V eixo vertical e i Acm2 no eixo horizontal