TAFEL (3)

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E COMPUTAÇÃO 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
CET 992 – Eletroquímica – 2024.1 
Profª. Drª. Vera Rosa Capelossi 
 
 
 
 
DUPLA CAMADA ELÉTRICA - TAFEL 
 
 
 
 
 
 Ranany Ferreira Santana (202211566) 
Raní Aparecida Santos Novato (202211568) 
 
 
 
 
 
 
 Ilhéus – BA 
2024 
Resumo 
 
O método de extrapolação de Tafel é crucial na análise de corrosão, empregando curvas de 
polarização e potenciostatos de alta precisão. Neste estudo, a aplicação eficaz dessa técnica 
permitiu a coleta de dados significativos, proporcionando uma compreensão aprofundada dos 
processos eletroquímicos subjacentes. Essa pesquisa não apenas expande o conhecimento no 
campo da eletroquímica, mas também impulsiona avanços tecnológicos no desenvolvimento 
de materiais mais resistentes à corrosão, com impacto direto em diversas indústrias, incluindo 
a automotiva, aeroespacial e de infraestrutura. 
Palavras-chave: Extrapolação de Tafel, análise de corrosão, curvas de polarização, processos 
eletroquímicos, materiais resistentes à corrosão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ilhéus – BA 
2024 
 
1. INTRODUÇÃO 
Na polarização por ativação, parte-se do pressuposto de que existe uma barreira energética de 
ativação dentro da camada elétrica dupla. Essa barreira está relacionada à velocidade com que 
os processos eletroquímicos ocorrem. Uma equação fundamental para estudos de cinética 
eletroquímica é a equação de Butler-Volmer (equação 1), que descreve a variação da corrente 
em função da aplicação de uma sobretensão. A partir dessa equação, são elaboradas curvas de 
polarização. (CUNHA, 2019) 
 
 𝑖 = 𝑖° {exp (
∝𝑧𝐹
𝑅𝑇
𝜂) − exp [
(1−𝛼)𝑧𝐹
𝑅𝑇
𝜂]} (1) 
 
A curva de Tafel é uma ferramenta amplamente utilizada, fornecendo informações cruciais 
sobre os parâmetros cinéticos da corrosão. O método para obter essa curva consiste na 
aplicação de uma sobretensão em relação ao potencial de equilíbrio, tanto no sentido catódico 
quanto no sentido anódico. Os dois eixos dessa curva são formados pelos valores de potencial 
e pelos logaritmos do módulo da densidade de corrente. (CUNHA, 2019) 
Através da curva de Tafel, é possível obter a densidade de corrente de corrosão. Para isso, é 
necessário que a curva experimental possua um trecho linear com valores de corrente próximos 
a duas décadas. Traçando uma reta nos trechos lineares das regiões anódica e catódica, é 
possível extrair, além da densidade de corrente de corrosão, informações como as constantes 
de Tafel e o potencial de corrosão. (CUNHA, 2019) 
A vantagem de utilizar a técnica de polarização, em vez de um ensaio gravimétrico (perda de 
massa), é a possibilidade de avaliar de forma rápida e não destrutiva os parâmetros cinéticos 
da corrosão de um material. No entanto, essa técnica está limitada à condutividade do meio 
eletrolítico, que deve ser alta o suficiente para que o ensaio possa ser realizado com uma queda 
ôhmica menor que 5%, de forma a não prejudicar a linearidade. (CUNHA, 2019) 
 
2. METODOLOGIA 
O experimento foi conduzido utilizando um potenciostato para simular um processo de 
corrosão. Os dados resultantes foram registrados e armazenados em um computador. O método 
empregado envolveu o monitoramento da diferença de potencial entre o eletrodo de trabalho e 
o eletrodo de referência ao longo do tempo. Esse monitoramento foi realizado aplicando uma 
corrente contínua entre o eletrodo de trabalho e o contra eletrodo. 
Imagem 1: Foto retirada em laboratório. 
 
Fonte: Autoria própria, 2024. 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
O experimento foi conduzido utilizando um potenciostato para simular o processo de corrosão 
e registrar os dados necessários. A configuração experimental incluiu uma célula eletroquímica 
contendo três eletrodos: um eletrodo de trabalho (amostra de aço-carbono), um eletrodo de 
referência (cloreto de prata) e um contra eletrodo (titânio revestido com ródio). O eletrólito 
utilizado foi uma solução de ácido clorídrico 0,5 M. 
Os eletrodos foram posicionados de maneira a garantir a precisão das medições: o eletrodo de 
trabalho foi centralizado na célula, enquanto o contra eletrodo, com área de 2 a 5 vezes maior, 
assegurou um fluxo de corrente adequado. A célula eletroquímica foi colocada em uma gaiola 
de Faraday para evitar interferências externas. 
Para o registro dos dados, os fios conectores do potenciostato foram ligados aos respectivos 
eletrodos. Durante o experimento, foi monitorada a diferença de potencial entre o eletrodo de 
trabalho e o eletrodo de referência, aplicando-se uma corrente contínua entre o eletrodo de 
trabalho e o contra eletrodo. O potencial aplicado ao sistema foi de -0,34 V. 
A partir desta configuração, foram determinadas as curvas de polarização e, subsequente, os 
parâmetros de Tafel. As curvas anódica e catódica foram traçadas, e suas respectivas retas 
lineares permitiram a extração da densidade de corrente de corrosão, bem como das constantes 
de Tafel e do potencial de corrosão. A equação de Butler-Volmer foi utilizada para analisar a 
variação da corrente em função da sobretensão aplicada, proporcionando uma compreensão 
detalhada da cinética da corrosão. 
A curva obtida foi a seguinte: 
 
Da curva, nota-se que o potencial de equilíbrio vale, aproximadamente: 
 
𝐸𝑒𝑞 ≅ −0,52 𝑉 
 
Dessa forma, temos que o potencial de corrosão é: 
 𝐸𝑐𝑜𝑟𝑟 ≅ − 0,52𝑉 
 
Para determinar os parâmetros de Tafel, consideramos que a sobretensão aplicada é η ≥ 
0,03V. Sendo assim, teremos: 
 
Somando o potencial de corrosão com a sobretensão e traçando a reta, obtemos o valor 
aproximado da densidade de corrente anódica, representada pela linha amarela. 
 
𝑖𝑎 ≅ 8 × 10−5 (log) 𝐴/𝑐𝑚2 
 
Subtraindo o potencial de corrosão com a sobretensão e traçando a reta, obtemos o valor 
aproximado da densidade de corrente catódica, representada pela linha azul. 
 
𝑖𝑐 ≅ 7,5 10-5 (log) 𝐴/c𝑚2 
 
Traçando-se retas tangentes às curvas de corrente catódica e anódica, obtemos um ponto onde 
elas se cruzam, essa intersecção é quem irá definir o valor da densidade de corrente de 
corrosão, consideramos um valor aproximado de: 
 
icorr ≅ 1 x 100,000001 
icorr ≅ 1,0000023𝐴/𝑐𝑚² 
 
Através da relação trigonométrica da tangente podemos obter o valor da constante anódica e 
da constante catódica: 
 
𝑡𝑔 𝜃 = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜 / 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑗𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 
 
No gráfico da Figura 2, traçamos estas retas e observamos essa relação pelo triângulo 
destacado. Têm-se então: 
 
 • Na região anódica: 
 
𝑡𝑔 α = −0,30 − (−0,50) / 0,004 − 0,00008 
 = 51,02 
 
Têm-se que a constante anódica, 𝛽𝛼 será: 
 
βα = 51,02 𝑉 / 𝑑é𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑜𝑔 
 
• Na região catódica: 
 
𝑡𝑔 β = −0,54 − (−0,74) / 0,004 − 0,000075 
 = 50,96 
 
Têm-se que a constante catódica, 𝛽c será: 
 
βc = 50,96 𝑉 / 𝑑é𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑜𝑔 
 
Vimos que a curva anódica indica as reações de oxidação, enquanto a curva catódica indica 
as reações de oxidação. 
A curva de Tafel que vimos indicar polarização por ativação, para a qual a equação de Butler-
Volmer será: 
 
𝑖 = 𝑖0 [exp (2,303η / βa) − (- 2,303η / βc)] 
 
Por fim, substituindo, têm-se: 
 
𝑖 = 1 × 100,000001 [exp (2,303∗0,03 / 51,02) − (- 2,303∗0,03 / 50,96)] 
 
𝑖 = 1,0027 𝐴/𝑐𝑚2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. CONCLUSÃO 
 
 Uma grande investigação realizada usando a técnica de extrapolação Tafel forneceu 
informações sobre os detalhes dos processos eletroquímicos subjacentes à corrosão do material. 
O uso desta abordagem levou a uma riqueza de dados específicos que incluem a densidade da 
corrente de corrosão, as constantes anódica e catódica, juntamente com o potencial decorrosão 
– todos valores essenciais para desvendar a cinética da corrosão. 
 
A análise da curva de polarização mostrou-se muito eficiente porque pode ajudar a avaliar os 
parâmetros cinéticos da corrosão rapidamente e sem danificar o sistema. Esta abordagem 
supera as limitações normalmente enfrentadas por outras técnicas tradicionais, como testes 
gravimétricos, no fornecimento dessas avaliações. Notou-se que a configuração experimental, 
que utilizou uma célula eletroquímica com três eletrodos e um eletrólito de NaCl 0,5M, era de 
fato adequada o suficiente para garantir que as medições fossem precisas - mesmo verificando 
a adequação de uma técnica tão simplista como esta, sem qualquer ferramenta especializada. 
 
As descobertas são, portanto, importantes não apenas do ponto de vista acadêmico, mas 
também porque podem trazer benefícios reais. Ser capaz de controlar os processos de corrosão 
e os seus principais parâmetros é vital se quisermos produzir mais materiais anticorrosivos: 
esta inovação afecta directamente uma série de sectores importantes como os transportes ou a 
construção, onde a durabilidade dos materiais desempenha um papel crítico. 
 
Assim, este estudo contribui de maneira substancial para o campo da eletroquímica, fornecendo 
insights valiosos e dados que podem ser utilizados para impulsionar avanços tecnológicos e 
desenvolver soluções inovadoras para a prevenção da corrosão em diversos setores industriais. 
 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] ATKINS, P.W.; PAULA, J., Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio 
ambiente. 5 ed., 2012. 
[2] CUNHA, E. Relatório - Perda de Massa e Tafel | PDF | Corrosão | Eletroquímica 
(scribd.com) Oct 14, 2019.