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Questão 29

ITA 2009
Química

(ITA - 2009 - 2ª fase)

Um tanque de estocagem de produtos químicos foi revestido internamente com níquel puro para resistir ao efeito corrosivo de uma solução aquosa ácida contida em seu interior. Para manter o líquido aquecido, foi acoplado junto ao tanque um conjunto de resistores elétricos alimentados por um gerador de corrente contínua. Entretanto, uma falha no isolamento elétrico do circuito dos resistores promoveu a eletrificação do tanque, ocasionando um fluxo de corrente residual de intensidade suficiente para desencadear o processo de corrosão eletrolítica do revestimento metálico.
Admitindo-se que a superfície do tanque é constituída por uma monocamada de níquel com densidade atômica igual a 1,61 x 1019 átomos m-2 e que a área superficial do tanque exposta à solução ácida é de 5,0 m2, calcule: 

a) a massa, expressa em gramas, de átomos de níquel que constituem a monocamada atômica do revestimento metálico.

b) o tempo necessário, expresso em segundos, para que a massa de níquel da monocamada atômica seja consumida no processo de dissolução anódica pela passagem da densidade de corrente de corrosão de 7,0 A µcm-2

Gabarito:

Resolução:

a) A densidade atômica tem unidade de número de átomo por área, então pode ser calculada pela equação

d_{atomos} = frac{N_{atomos}}{A}

então o número de átomo é calculado pela equação

N_{atomos} = d_{atomos}cdot A

N_{atomos} = 1,61 cdot 10^{19};atomos;m^{-2}cdot 5,0; m^{2}

N_{atomos} = 8,05cdot 10^{19};atomos

1 mol de níquel (ou 6,02 x 1023 átomos) tem massa 58,69g. Portanto, a massa de 8,05 x 1019 átomos pode ser calculada pela relação

6,02 x 1023 átomos __________ 58,69g
8,05 x 1019 átomos __________ m

m = frac{8,05cdot 10^{19}cdot 58,69g}{6,02cdot 10^{23}}

m = 7,85 cdot 10^{-3};g

b) Com o mesmo raciocínio do item A, pode-se escrever a equação para a densidade de corrente

d_{i}=frac{i}{A}

E a corrente pode ser calculada a partir da equação

i = d_{i}cdot A

i = 7,0cdot 10^{-6};10^4;A;m^{-2}cdot 5,0;m^{2}

i = 0,35 A

A partir da equação da reação de oxidação do niquel

Ni2+(aq) + 2e- → Ni(s)

conclui-se a oxidação de 1 mol de Ni2+ envolve 2 mol de elétrons. 

A partir dessa proporção e da constante de Faraday, pode-se calcular a carga envolvida na formação de 7,85 x 10-3 g de níquel:

2 mol elétrons __________ 2 x 96485 C __________ 58,69 g Ni
n mol elétrons __________ Q __________ 7,85 x 10-3 g Ni

Q = frac{7,85cdot 10^{-3};gcdot 2cdot 96485C}{58,69g}

Q =25,80C

Com os dados de carga e corrente, pode-se calcular o tempo a partir da equação

i = frac{q}{t}

t = frac{q}{i}

t = frac{25,80C}{0,35A}

t = 73,73;frac{C}{A} = 73,73;frac{C}{C;s^{-1}} = 73,73 s

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