Química universitária — 2.º ano · Bachelor Year 2

12Corrosão e proteção

Deixe uma gota de água salgada sobre um pedaço limpo de aço. Depois de um dia, o metal está corroído com pites no centro da gota, enquanto a ferrugem se formou em um anel perto da borda, onde o oxigênio do ar se dissolve. O ferro se dissolve onde há menos oxigênio, e o oxigênio é reduzido onde há mais: a gota é uma pilha que ninguém construiu, em curto-circuito através do próprio metal. Este capítulo lê a corrosão nas curvas corrente–potencial, explica por que uma chapa galvanizada riscada não enferruja enquanto uma lata estanhada riscada enferruja, e projeta a proteção de um duto enterrado.

O que você já sabe

O volume do 1.º ano: diagramas E–pH dos metais e seus domínios de imunidade, corrosão e passivação (“se uma camada protege é uma questão cinética”). Capítulo 10: curvas corrente–potencial, correntes limite. Capítulo 11: o potencial misto. O volume escolar: a corrosão, a ferrugem, a galvanização.

Uma velha ponte ferroviária rebitada. Escorrimentos de ferrugem descem dos rebites e das juntas, onde a água e o oxigênio permanecem por mais tempo e a pintura falha primeiro.

12.1 A corrosão úmida como pilha em curto-circuito

Na água que contém oxigênio dissolvido, o ferro é oxidado, $\ce{Fe -> Fe^2+ + 2e-}$ , e os elétrons são captados no mesmo pedaço de metal pela redução do dioxigênio, $\ce{O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-}$ (em meio ácido, também por $\ce{2H+ + 2e- -> H2}$ ). Os íons ferro(II) e os íons hidróxido se encontram na água, e a oxidação posterior pelo ar transforma seu precipitado em ferrugem, um óxido de ferro(III) hidratado.

Definição 12.1 (Corrosão uniforme)

A corrosão uniforme é a corrosão de um metal cuja oxidação e a redução do oxidante ocorrem em sítios distribuídos de modo homogêneo por sua superfície. O potencial de corrosão é o potencial misto que o metal assume então, e a corrente de corrosão, a corrente anódica da oxidação do metal nesse potencial.

O diagrama de Evans do ferro em água neutra aerada (curvas modelo). A curva catódica do dioxigênio também é desenhada refletida para cima (tracejada): o potencial de corrosão é onde ela encontra a curva anódica do ferro. Como a redução do dioxigênio atingiu ali seu patamar de difusão, a corrente de corrosão é igual à corrente limite do oxigênio: agitar ou arejar a água faz o ferro corroer mais depressa.

Proposição 12.2 (Velocidade de corrosão)

Um metal de massa molar $M$ e massa específica $\rho$ , oxidado com $n$ elétrons por átomo sob uma densidade de corrente de corrosão $j_{\text{corr}}$ (corrente por unidade de área), perde por unidade de área e de tempo a massa $j_{\text{corr}}M/(nF)$ , isto é, uma espessura

\frac{de}{dt} = \frac{j_{\text{corr}}\,M}{nF\rho} .

Demonstração. Pela Proposição 10.3, a densidade de corrente anódica $j_{\text{corr}}$ oxida $j_{\text{corr}}/(nF)$ mols de metal por unidade de área e de tempo; multiplique por $M$ para a massa e divida por $\rho$ para a espessura. ∎

Exemplo 12.3 (Ferro a $10\,\text{µ}\mathrm{A}/\mathrm{cm}^{2}$ )

Com $j = 0.10\,\mathrm{A}/\mathrm{m}^{2}$ , $M = 55.845\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ , $n = 2$ , $\rho = 7.87\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ : $de/dt = 0.10 \times 55.845/(2 \times 96\,485 \times 7.87 \times 10^6) = 3.7 \times 10^{-12}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ , isto é, $0.12\,\mathrm{mm}$ por ano.

12.2 Corrosão diferencial

Definição 12.4 (Corrosão diferencial)

A corrosão diferencial é uma corrosão na qual os sítios anódicos e catódicos estão separados, sendo o metal oxidado preferencialmente nos sítios anódicos. É corrosão galvânica quando dois metais diferentes em contato elétrico compartilham o mesmo eletrólito, e aeração diferencial quando um mesmo metal está exposto a águas de diferentes teores de oxigênio.

Proposição 12.5 (Dois metais em contato)

Quando dois metais em contato elétrico mergulham na mesma água aerada, eles assumem um único potencial misto. O metal cujo potencial de corrosão é mais baixo torna-se o ânodo e corrói mais depressa do que sozinho; o outro torna-se um cátodo, sobre o qual o dioxigênio é reduzido, e fica protegido.

Demonstração. Ligados por um condutor de resistência desprezível, os dois metais estão ao mesmo potencial, onde a soma de todas as correntes anódicas é igual a menos a soma de todas as correntes catódicas. A curva anódica do metal menos nobre sobe primeiro; no potencial comum, ela transporta quase toda a corrente anódica, e o oxigênio é reduzido em toda a superfície molhada, inclusive no metal mais nobre, cuja própria corrente anódica é desprezível ali. ∎

O ferro acoplado a outros metais (curvas modelo). Com o zinco, o potencial comum cai até onde o zinco transporta a corrente anódica: o ferro fica protegido, o zinco corrói. Com o cobre, a área catódica para o oxigênio dobra: a corrente de corrosão do ferro também dobra.

Proposição 12.6 (Aeração diferencial)

Em um metal exposto a águas de diferentes teores de oxigênio, a zona menos aerada é anódica e corrói; a zona mais aerada é catódica.

Demonstração. Onde o teor de oxigênio é mais alto, o par $\ce{O2}$ / $\ce{OH-}$ tem um potencial de Nernst mais alto e uma corrente limite maior: a curva catódica fica mais alta e vai mais longe. O metal, um único condutor, se estabiliza em um só potencial; a grande corrente catódica disponível na zona aerada precisa ser equilibrada por uma corrente anódica, que circula onde o metal pode ser oxidado com pouca concorrência da redução do oxigênio: a zona pouco aerada. A oxidação se concentra ali. ∎

A gota de Evans sobre o aço, esquemática. O oxigênio se dissolve na superfície e chega ao metal sobretudo perto da borda fina da gota, que se torna o cátodo; o centro, privado de oxigênio, é o ânodo e sofre pites. Os íons ferro(II) e os íons hidróxido se encontram entre os dois, onde a ferrugem precipita em anel.

O mesmo mecanismo ataca as frestas, as partes de uma estrutura sob um depósito ou uma junta de vedação, e uma estaca de aço no mar logo abaixo da linha d’água, onde a água é menos aerada que na superfície.

Método 12.7 (Diagnosticar uma corrosão)

Liste os metais em contato e o eletrólito; verifique se estão ligados eletricamente.
Para dois metais, o de potencial de corrosão mais baixo (em geral o de potencial padrão mais baixo) é o ânodo.
Para um único metal, encontre as zonas menos aeradas (frestas, sob depósitos, o fundo de uma gota): elas são anódicas.
A velocidade é fixada pela reação catódica (suprimento de oxigênio, área do cátodo): um ânodo pequeno sobre um cátodo grande corrói depressa.

12.3 Passivação

Definição 12.8 (Passivação)

A passivação é a forte diminuição da velocidade de corrosão de um metal quando ele é recoberto por uma camada fina, compacta e aderente de seu óxido, o filme passivo, que o separa da solução. Diz-se que um metal nesse estado está passivo.

Proposição 12.9 (O patamar passivo)

A curva anódica de um metal passivável sobe a partir de seu potencial de corrosão, atinge um pico e depois cai para uma corrente passiva pequena e quase constante em uma faixa de potenciais, antes de subir de novo em potenciais altos (região transpassiva: oxidação do filme ou da água). O estado passivo pode se romper localmente, por exemplo sob íons cloreto, formando pites.

Raciocínio. Em sobretensões baixas, o metal nu se dissolve cada vez mais depressa. Além de um limiar, o óxido se torna estável na superfície (o domínio de passivação do diagrama E–pH) e forma um filme através do qual os íons se movem apenas lentamente: a corrente desaba até esse pequeno fluxo. Em potenciais altos, o próprio filme é oxidado a espécies solúveis, ou a água é oxidada sobre ele. Os íons cloreto, pequenos e fortemente complexantes, podem dissolver o filme em pontos fracos, onde o metal nu passa a corroer como um pequeno ânodo diante de um enorme cátodo passivo. A forma da curva é aqui um modelo. ∎

Curva anódica de um metal passivável (modelo). A corrente, grande enquanto o metal nu se dissolve, desaba quando o filme passivo se forma e permanece pequena em uma ampla faixa de potenciais antes da subida transpassiva.

Os aços inoxidáveis contêm cromo suficiente para formar um filme passivo de óxido de cromo que se regenera ao ar; o alumínio é protegido por seu filme de alumina, o que torna um metal muito abaixo do hidrogênio na série utilizável em esquadrias de janela e latas de bebida. O cobre fica verde ao ar livre, sendo a pátina uma camada de sais básicos de cobre que retarda o ataque.

Uma estátua de cobre com mais de um século: sua pele de fina chapa de cobre ficou verde, recoberta por uma pátina de sais básicos de cobre que protege o metal por baixo. (Fotografia: Elcobbola, domínio público, Wikimedia Commons.)

12.4 Proteção

A corrosão é combatida separando o metal da água e do oxigênio (pintura, plástico, esmalte ou uma camada de outro metal), mudando o meio (retirando o oxigênio, adicionando inibidores que se adsorvem no metal) ou deslocando o potencial do metal para seu domínio de imunidade.

Definição 12.10 (Proteção catódica)

A proteção catódica abaixa o potencial de uma estrutura metálica até que sua oxidação cesse, fazendo dela o cátodo de uma pilha. A pilha pode ser formada com um ânodo de sacrifício, um metal menos nobre (zinco, magnésio, ligas de alumínio) ligado à estrutura e consumido em seu lugar, ou impulsionada por um gerador, na proteção por corrente impressa, sendo o ânodo então um eletrodo inerte enterrado nas proximidades.

Proposição 12.11 (Duração de um ânodo de sacrifício)

Um ânodo de sacrifício de massa $m$ e massa molar $M$ , oxidado com $n$ elétrons e um rendimento $\eta$ (a fração do metal que produz corrente útil, o resto corroendo por conta própria), fornece uma corrente $I$ durante um tempo

t = \frac{\eta\,m\,nF}{M I} .

Demonstração. A carga útil é $\eta\,(m/M)\,nF$ ; divida pela corrente. ∎

Proteção catódica de um duto enterrado, esquemática. À esquerda: um ânodo de magnésio, ligado por fio ao duto, corrói em seu lugar. À direita: um retificador impulsiona uma corrente de um ânodo inerte, através do solo, até o duto.

Um ânodo de sacrifício de zinco aparafusado ao casco de aço de um barco, após uma temporada na água: o zinco está corroído, e o aço em volta dele, intacto. (Fotografia: Zwergelstern, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.)

Um risco através de um revestimento metálico, esquemático. O zinco, menos nobre que o ferro, torna-se o ânodo e protege o aço exposto, qualquer que seja o tamanho do risco. O estanho, mais nobre que o ferro, torna-se um grande cátodo em volta de um pequeno ânodo de aço, que corrói mais depressa do que o aço nu.

Método 12.12 (Escolher uma proteção)

Evite os pares galvânicos: isole os metais diferentes, ou faça do menos nobre o maior.
Revista: um revestimento de barreira (pintura, estanho) só protege enquanto está intacto; um revestimento de sacrifício (zinco) protege mesmo quando riscado.
Para uma estrutura no solo ou na água do mar, acrescente proteção catódica: ânodos de sacrifício para correntes pequenas ou água condutora, corrente impressa para estruturas longas ou solos resistivos.
Não superproteja: um potencial baixo demais reduz a água a hidrogênio na estrutura, o que descola os revestimentos e pode fragilizar os aços de alta resistência.

12.5 Exercícios

Exercício 12.1 ★

O zinco corrói de modo uniforme sob uma densidade de corrente de $2.0\,\text{µ}\mathrm{A}/\mathrm{cm}^{2}$ . Calcule sua perda de espessura por ano ( $\rho = 7.13\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ ).

Solução

Solução de Exercício 12.1.

$j = 0.020\,\mathrm{A}/\mathrm{m}^{2}$ : $de/dt = 0.020 \times 65.38/(2 \times 96\,485 \times 7.13 \times 10^6) = 9.5 \times 10^{-13}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ , isto é, $0.030\,\mathrm{mm}$ por ano.

Exercício 12.2 ★

Parafusos de aço fixam chapas de cobre em um telhado. Qual metal corrói? Mesma pergunta para pregos de zinco em chapas de aço.

Solução

Solução de Exercício 12.2.

Parafusos de aço em cobre: o ferro, o menos nobre, é o ânodo, e os pequenos parafusos sobre um grande cátodo de cobre corroem depressa. Pregos de zinco no aço: o zinco corrói e protege o aço em volta dele.

Exercício 12.3 ★

Duas placas de aço são unidas por um parafuso e deixadas na água do mar. Onde a corrosão se concentra, e por quê?

Solução

Solução de Exercício 12.3.

Na fresta estreita entre as placas e sob a cabeça do parafuso, onde a água se renova lentamente e seu oxigênio logo se esgota: por aeração diferencial, essas zonas confinadas tornam-se ânodos, e as superfícies abertas, cátodos.

Exercício 12.4 ★

Um balde galvanizado e uma lata estanhada são ambos riscados até o aço. Qual deles enferruja no risco?

Solução

Solução de Exercício 12.4.

A lata estanhada: o estanho, mais nobre que o ferro, faz do aço exposto o ânodo de um grande cátodo. No balde galvanizado, é o zinco que corrói, no lugar do aço.

Exercício 12.5 ★★

No diagrama de Evans do ferro em água aerada, explique o que acontece com o potencial e com a corrente de corrosão quando a água é agitada e depois quando ela é isenta de oxigênio.

Solução

Solução de Exercício 12.5.

A agitação afina a camada de difusão: o patamar do oxigênio sobe, a curva anódica do ferro o encontra mais acima, e assim tanto o potencial quanto a corrente de corrosão aumentam. Sem oxigênio, a única reação catódica que resta em água neutra é a lenta redução da água: o potencial de corrosão cai e a corrente de corrosão se torna muito pequena.

Exercício 12.6 ★★

Um ânodo de zinco de $5.0\,\mathrm{kg}$ protege o casco de um barco com uma corrente de $0.10\,\mathrm{A}$ , com um rendimento de 90 % (dados do exercício). Quanto tempo ele dura?

Solução

Solução de Exercício 12.6.

$t = 0.90 \times 5000 \times 2 \times 96\,485/(65.38 \times 0.10) = 1.33 \times 10^{8}\,\mathrm{s}$ , cerca de 4.2 anos.

Exercício 12.7 ★★

Calcule a carga, em ampères-hora por quilograma, fornecida por ânodos de zinco, magnésio e alumínio com 100 % de rendimento, e os potenciais padrão de seus pares a partir dos $\Delta_f G^\circ$ ( $\ce{Zn^2+}$ $-147.06$ , $\ce{Mg^2+}$ $-454.8$ , $\ce{Al^3+}$ $-485$ $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ ). Por que se prefere o magnésio em solos secos?

Solução

Solução de Exercício 12.7.

Carga por quilograma, $nF/M$ : zinco $820\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}/\mathrm{kg}$ , magnésio $2.21 \times 10^{3}\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}/\mathrm{kg}$ , alumínio $2.98 \times 10^{3}\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}/\mathrm{kg}$ . Potenciais padrão: $\ce{Zn^2+}$ / $\ce{Zn}$ $-0.76$ , $\ce{Mg^2+}$ / $\ce{Mg}$ $-2.36$ , $\ce{Al^3+}$ / $\ce{Al}$ $-1.68\,\mathrm{V}$ . Em um solo seco e resistivo, a corrente precisa atravessar uma grande resistência: o magnésio, muito mais abaixo do ferro, oferece a maior tensão motriz.

Exercício 12.8 ★★

Um duto enterrado precisa de $2.0\,\mathrm{A}$ de corrente de proteção. O leito do ânodo inerte tem uma resistência de $4.0\,\Omega$ em relação ao solo, e a pilha exige mais $1.5\,\mathrm{V}$ (dados do exercício). Calcule a tensão do retificador e a energia elétrica por ano.

Solução

Solução de Exercício 12.8.

$U = 2.0 \times 4.0 + 1.5 = 9.5\,\mathrm{V}$ ; potência $19\,\mathrm{W}$ ; por ano, $19 \times 8766 = 1.7 \times 10^{5}\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$ , $1.7 \times 10^{2}\,\mathrm{kW}\,\mathrm{h}$ .

Exercício 12.9 ★★

Uma estaca de aço está fincada no mar. Explique por que ela corrói mais um pouco abaixo da linha d’água, e não na própria linha d’água.

Solução

Solução de Exercício 12.9.

Na linha d’água, o metal é molhado por água rica em oxigênio, um cátodo; logo abaixo, a água é menos aerada e a zona se torna o ânodo da pilha formada com a linha d’água: o aço corrói ali, em uma faixa.

Exercício 12.10 ★★★

Explique, com a curva passiva, por que o aço inoxidável resiste à água aerada, mas pode sofrer pites na água do mar, e por que um pite, uma vez iniciado, cresce mais em profundidade do que em largura.

Solução

Solução de Exercício 12.10.

Em água aerada, o potencial de corrosão do aço inoxidável cai em seu patamar passivo: uma corrente minúscula, com o filme se regenerando. Os íons cloreto rompem o filme em pontos fracos; o metal nu ali é um pequeno ânodo diante de um enorme cátodo passivo, e sua densidade de corrente é enorme. Dentro do pite, os íons metálicos se hidrolisam e acidificam a solução, o cloreto é atraído para equilibrar a carga, e o filme não consegue se refazer: o pite se aprofunda.

Exercício 12.11 ★★★

Uma conexão de cobre é rosqueada em um tubo de aço que transporta água aerada. A densidade de corrente limite do oxigênio é de $5\,\text{µ}\mathrm{A}/\mathrm{cm}^{2}$ em toda superfície molhada; o cobre oferece $20\,\mathrm{cm}^{2}$ e o aço perto da junta $2\,\mathrm{cm}^{2}$ (dados do exercício). Estime a corrente de corrosão do aço e sua perda de espessura por ano perto da junta.

Solução

Solução de Exercício 12.11.

O oxigênio é reduzido em todos os $22\,\mathrm{cm}^{2}$ : corrente catódica $22 \times 5 = 110\,\text{µ}\mathrm{A}$ , toda fornecida pela oxidação dos $2\,\mathrm{cm}^{2}$ de aço perto da junta, $j = 55\,\text{µ}\mathrm{A}/\mathrm{cm}^{2}$ . A perda é $5.5$ vezes a do ferro a $10\,\text{µ}\mathrm{A}/\mathrm{cm}^{2}$ , cerca de $0.64\,\mathrm{mm}$ por ano.

Exercício 12.12 ★★★

Usando o diagrama E–pH do ferro e as curvas da água, explique por que o potencial de uma estrutura de aço protegida deve ser mantido abaixo de cerca de $-0.6\,\mathrm{V}$ , mas não muito abaixo de $-1\,\mathrm{V}$ , em água neutra.

Solução

Solução de Exercício 12.12.

O ferro é imune abaixo da reta $\ce{Fe^2+}$ / $\ce{Fe}$ , $-0.41 + 0.0296\log 10^{-6} = -0.59\,\mathrm{V}$ : mantido abaixo de cerca de $-0.6\,\mathrm{V}$ , o aço deixa de se dissolver. Muito mais abaixo, a água é reduzida em ritmo crescente sobre o aço (a reta $\ce{H+}$ / $\ce{H2}$ está em $-0.41\,\mathrm{V}$ a pH 7, e a sobretensão sobre o aço é de alguns décimos de volt): corrente é desperdiçada e o hidrogênio descola o revestimento.

12.6 Problema: Proteger um duto

Problema 12.1

Problema de fim de semana — a corrosão de um tubo de aço nu em solo úmido, a escolha de um metal de sacrifício, o magnésio necessário para vinte anos e a alternativa da corrente impressa

Um duto de aço de $10.0\,\mathrm{km}$ de comprimento e $0.30\,\mathrm{m}$ de diâmetro está enterrado em solo úmido. Dados: ferro $M = 55.845\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ , $\rho = 7.87\,\mathrm{g}/\mathrm{cm}^{3}$ ; magnésio $M = 24.305\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $\Delta_f G^\circ$ ( $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ ): $\ce{Fe^2+}$ $-78.90$ , $\ce{Zn^2+}$ $-147.06$ , $\ce{Mg^2+}$ $-454.8$ , $\ce{Al^3+}$ $-485$ . Dados do exercício: densidade de corrente de corrosão do aço nu nesse solo $10\,\text{µ}\mathrm{A}/\mathrm{cm}^{2}$ ; densidade de corrente de projeto para a proteção do aço nu $20\,\mathrm{mA}/\mathrm{m}^{2}$ ; o revestimento deixa 1.0 % da superfície nua; ânodos de magnésio de $15\,\mathrm{kg}$ , rendimento 50 %; resistência do leito anódico da corrente impressa $5.0\,\Omega$ .

Parte I — O tubo nu.

Escreva as reações anódica e catódica no tubo.
Por que a corrente de corrosão é fixada pelo suprimento de oxigênio?
Calcule a massa de ferro perdida por metro quadrado e por ano.
Calcule a perda de espessura da parede por ano.
Quanto tempo o tubo nu levaria para perder metade de uma parede de $8\,\mathrm{mm}$ ?
Por que o tubo real falha mais cedo, em alguns pontos?

Parte II — O metal do ânodo.

Calcule os potenciais padrão dos pares do ferro, do zinco, do magnésio e do alumínio.
Quais metais podem proteger o ferro como ânodos de sacrifício?
Por que o alumínio é pouco usado em solos?
Por que se prefere o magnésio ao zinco em um solo de alta resistividade?
Calcule a massa de magnésio consumida por ampère e por ano.

Parte III — O projeto.

Calcule a superfície externa do tubo.
Calcule a superfície nua deixada pelo revestimento.
Calcule a corrente de proteção.
Calcule a carga necessária para vinte anos.
Calcule a massa de magnésio necessária.
Quantos ânodos são necessários?
Por que eles são distribuídos ao longo do tubo, em vez de enterrados em um único ponto?

Parte IV — A corrente impressa.

Descreva a alternativa da corrente impressa.
Estime a tensão do retificador a partir da resistência do leito anódico, acrescentando $1.5\,\mathrm{V}$ para os eletrodos.
Calcule a energia elétrica consumida por ano.
O que dá errado se o tubo for superprotegido?
Abaixo de que potencial o ferro é imune em água neutra, tomando uma concentração de ferro(II) de $1 \times 10^{-6}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ?
Dê a massa de ânodos de magnésio necessária para vinte anos.

Solução

Solução de Problema 12.1.

1. $\ce{Fe -> Fe^2+ + 2e-}$ ; $\ce{O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-}$ . 2. A redução do oxigênio, lenta e no patamar de difusão, limita a corrente catódica; a curva anódica do ferro a encontra nesse patamar. 3. $j = 0.10\,\mathrm{A}/\mathrm{m}^{2}$ : $0.10 \times 3.156 \times 10^7/(2 \times 96\,485) \times 55.845 = 913\,\mathrm{g}$ por metro quadrado e por ano. 4. $913/7.87 \times 10^6 = 1.16 \times 10^{-4}\,\mathrm{m}$ , $0.12\,\mathrm{mm}$ por ano. 5. $4/0.116 = 34$ anos. 6. A corrosão não é uniforme: frestas, diferenças de aeração entre solos e defeitos do revestimento concentram a corrente anódica em pequenas áreas, onde os pites perfuram a parede muito antes. 7. $E^\circ = \Delta_f G^\circ/(nF)$ para cada par: $\ce{Fe}$ $-0.41$ , $\ce{Zn}$ $-0.76$ , $\ce{Mg}$ $-2.36$ , $\ce{Al}$ $-1.68\,\mathrm{V}$ . 8. Zinco, magnésio e alumínio, todos abaixo do ferro. 9. O alumínio se passiva: seu filme de óxido detém sua dissolução, e ele passa a fornecer pouca corrente, a menos que seja ligado para impedir o filme (o que funciona na água do mar, não nos solos). 10. A corrente precisa atravessar a resistência do solo: a tensão motriz entre o ânodo e o aço protegido é de cerca de $1.9\,\mathrm{V}$ para o magnésio contra $0.35\,\mathrm{V}$ para o zinco (a partir dos potenciais padrão). 11. $3.156 \times 10^7 \times 24.305/(2 \times 96\,485 \times 0.50) = 7.95\,\mathrm{kg}$ por ampère e por ano. 12. $\pi \times 0.30 \times 10\,000 = 9.42 \times 10^{3}\,\mathrm{m}^{2}$ . 13. $94.2\,\mathrm{m}^{2}$ . 14. $0.020 \times 94.2 = 1.88\,\mathrm{A}$ . 15. $1.885 \times 20 \times 3.156 \times 10^7 = 1.19 \times 10^{9}\,\mathrm{C}$ . 16. $1.19 \times 10^9 \times 24.305/(2 \times 96\,485 \times 0.50) = 3.00 \times 10^{5}\,\mathrm{g}$ , $300\,\mathrm{kg}$ (ou $1.885 \times 20 \times 7.95$ ). 17. $300/15 = 20$ ânodos. 18. A resistência do solo limita a distância até a qual um único ânodo consegue levar sua corrente ao longo do tubo: ânodos distribuídos o protegem de modo uniforme. 19. Um retificador impulsiona corrente de um ânodo inerte enterrado em um leito anódico, através do solo, até o tubo ligado a seu polo negativo. 20. $1.885 \times 5.0 + 1.5 = 10.9\,\mathrm{V}$ . 21. $10.9 \times 1.885 = 20.6\,\mathrm{W}$ ; $20.6 \times 8766 = 1.8 \times 10^{5}\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$ , $180\,\mathrm{kW}\,\mathrm{h}$ por ano. 22. A água é reduzida no tubo: forma-se hidrogênio, que descola o revestimento e pode fragilizar o aço, e corrente é desperdiçada. 23. $E < -0.41 + 0.0296\log(10^{-6}) = -0.59\,\mathrm{V}$ . 24. Vinte anos de proteção exigem $\boldsymbol{\approx 3.0 \times 10^{2}\,\mathrm{kg}}$ de ânodos de magnésio.

Termos definidos neste capítulo

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