Questão 10

As figuras abaixo apresentam peças de ferro submersas em meios aquosos com concentrações diferentes de íons e/ou oxigênio.

a) Considerando as regiões X e Y de cada barra em cada figura, qual é a área catódica e qual é a área anódica em cada item (em cada figura)? Explique simplificadamente.

b) Qual proteção contra a corrosão seria mais adequada para cada caso (itens 1 a 4): proteção anódica ou catódica? Explique simplificadamente.

Questão muito interessante cobrando a corrosão eletroquímica do ferro. A peça metálica funciona como uma pilha em curto-circuito.

a) A Figura 1 é uma pilha de concentração iônica.

Região X (cátodo): ${Fe^{2+}(aq)+2e^-\rightarrow Fe(s)}$
Região Y (ânodo): ${ Fe(s) \rightarrow Fe^{2+}(aq)+2e^-}$

Pela equação de Nernst, o potencial do eletrodo $\ce{Fe^{2+}/Fe}$ cresce com a concentração de $\ce{Fe^{2+}}$:
$$E = E^{\circ} + \frac{0{,}059}{2}\log[\ce{Fe^{2+}}]$$
A região Y, em contato com a solução mais diluída em $\ce{Fe^{2+}}$, tem potencial menor e é a área anódica (o ferro se dissolve, tendendo a igualar as concentrações); a região X, com $[\ce{Fe^{2+}}]$ alta, é a área catódica.

Na Figura 2, temos uma regição de alto pH (região X) e uma de baixo pH. O cátodo será a região Y, onde o ${ H^{+}}$ será reduzido:
Região Y (cátodo): ${ 2 H^{+}(aq)+2e^- \rightarrow H_2(g)}$
O ânodo será a região Y, onde ocorrerá a oxidação do ferro, podendo ser reprezentado por:
Região X (ânodo): ${ Fe(s) \rightarrow Fe^{2+}(aq)+2e^-}$
ou
${ Fe(s)+2 OH^{-}(aq) \rightarrow Fe(OH)_2(s)+2e^-}$

Na Figura 3, a reação catódica consome $\ce{O2}$; a região X, onde $[\ce{O2}]$ é alta, tem potencial maior e é a área catódica. A região Y, pobre em oxigênio, é a área anódica, na qual o ferro se oxida a $\ce{Fe^{2+}}$.

Região X (cátodo): ${ O_2(g) + H_2O (l) + 4e^-\rightarrow 4 OH^{-}(aq)}$
Região Y (ânodo): ${ Fe(s) \rightarrow Fe^{2+}(aq)+2e^-}$

A Figura 4 é a mais interessante. O íon $\ce{Cl-}$ rompe a película passiva do ferro e forma espécies solúveis com o $\ce{Fe^{2+}}$, acelerando a dissolução do metal. A região X, com $[\ce{Cl-}]$ alta, é a área anódica (corrosão localizada, conhecida como corrosão por pites); já a região Y, com $[\ce{Cl-}]$ baixa, mantém a película e é a área catódica.

Região X (ânodo): ${ Fe(s) \rightarrow Fe^{2+}(aq)+2e^-}$
Região Y (cátodo): ${ 2 H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2 OH^- (aq)}$

b)

Na Figura 1, é possível realizar uma proteção anódica. A solução de $\ce{Fe^{2+}}$ forma uma película protetora com o íon hidróxido, que não pode ser penetrada pelo íon $\ce{Fe^{2+}}$.

Na Figura 2, é necessária a proteção catódica. Embora se forme uma película de hidróxido de ferro, ela é permeável, fazendo que ela não funcione como uma proteção anódica adequada.

Por esse motivo, deve-se utilizar um metal de sacrifício, como o zinco.

Na Figura 3, utiliza-se a proteção catódica. Na pilha de aeração diferencial a região pouco oxigenada não forma película estável; a proteção catódica suprime a oxidação do ferro em toda a peça, independentemente da distribuição de $\ce{O2}$.

A película de óxido de ferro não seria suficiente para proteger a estrutura, porque ela pode ser penetrada pelo oxigênio.
Vale ressaltar, que, para efeitos práticos, é possível fazer um revestimento de concentro na região X, servindo como proteção anódica.

Na Figura 4, utiliza-se a proteção catódica. Em presença de $\ce{Cl-}$ a película passiva é destruída, de modo que a proteção anódica não se sustenta e a polarização anódica acelera a corrosão por pites; o anodo de sacrifício ou a corrente impressa mantém o ferro como catodo.

Resposta: a) (1) X catódica, Y anódica; (2) X catódica, Y anódica; (3) X catódica, Y anódica; (4) X anódica, Y catódica. b) (1) anódica; (2) catódica; (3) catódica; (4) catódica