ARTIGOS E AVALIAÇÕES
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O processo de limpeza tem 4 componentes - um carregador de bateria, a água com carbonato de sódio (carbonato de sódio) dissolvido nele, um ânodo (objeto de aço inoxidável como uma colher) e o cátodo (o ferro enferrujado).
A solução: A solução de carbonato de sódio tem dois propósitos. Primeiro, o carbonato de sódio é básico. As reações eletroquímicas que ocorrem no ferro enferrujado funcionam melhor em uma solução básica. A soda cáustica (hidróxido de sódio) também funcionaria, mas é menos segura de usar. O bicarbonato de sódio, bicarbonato de sódio, pode não funcionar tão bem quanto o carbonato de sódio porque é menos básico. A outra finalidade do carbonato de sódio é fazer com que a água conduza eletricidade. Quando o sal, carbonato de sódio, é dissolvido em água, ele se torna íons sódio, Na + e íons carbonato CO 3 -2. Esses íons carregados positivos e negativos carregam a corrente na solução. O carbonato se move para o fio positivo do carregador de bateria e o sódio se move para o fio negativo. Esse movimento de íons através da solução resulta em uma corrente, assim como os elétrons que se movem em um fio resultam em uma corrente. A água pura tem alta resistência, cerca de 20 milhões de ohms por centímetro, e uma corrente desprezível passaria sem os íons de carbonato de sódio.
Para que a eletrólise prossiga a uma taxa razoável, uma alta corrente deve fluir, o que requer uma baixa resistência de solução. A resistência da solução diminui (a corrente aumenta) à medida que o ânodo e o cátodo ficam mais próximos, bem como quando a concentração de carbonato de sódio é aumentada. Uma solução de carbonato de sódio a 5% é um bom ponto de partida para experimentar. É melhor cercar o item enferrujado com o ânodo de forma que a distância entre a ferrugem e o ânodo seja aproximadamente a mesma, de modo que a corrente que atinge cada parte da ferrugem seja aproximadamente a mesma. Quando este arranjo for impraticável, o objeto enferrujado deve ser girado ocasionalmente para obter eletrólise uniforme.
O carregador de bateria: Esta é a fonte de corrente elétrica e tensão. A corrente é o fluxo de elétrons em um fio. A tensão é uma medida da energia do elétron. Portanto, o carregador de bateria fornece elétrons com energia de 12 volts em seu terminal negativo e aceita elétrons em seu terminal positivo. A corrente indicada pelo medidor fornece uma medida de quantos elétrons estão fluindo. A corrente também pode fluir através da água, se a água tiver íons dissolvidos nela, conforme fornecido pelo carbonato de sódio. Quando o carregador de bateria é conectado à solução com um ânodo e cátodo de metal, o carbonato carregado negativamente migra para o ânodo carregado positivamente e o sódio migra para o cátodo. A solução completa o circuito para que uma corrente de elétrons possa fluir do fio negativo do carregador de bateria para seu fio positivo.
O ânodo: o ânodo mais simples a se considerar é um ânodo feito de aço inoxidável. Nesse caso, o ânodo é inerte, ou seja, o aço inoxidável não sofre nenhuma reação química. Sua única função é fornecer contato elétrico entre o terminal positivo do carregador e a solução. O conector de cobre do carregador de bateria deve estar em bom contato com o aço inoxidável, mas não deve tocar na solução. Se tocar, ele se dissolverá. O cobre que se dissolve acabará se depositando no objeto de ferro que está sendo limpo e fará com que ele enferruje rapidamente (consulte a seção de química avançada para obter detalhes). Quando 12 volts são aplicados ao ânodo, alguma química ocorre na solução que toca o ânodo, o que será explicado abaixo.
Existem dois termos químicos, oxidação e redução, que devem ser explicados para entender a química que ocorre no ânodo e no cátodo. A oxidação é uma reação química em que algo libera elétrons. Quando uma espécie química cede os elétrons, dizemos que ela se oxida. Por exemplo, quando o metal de ferro oxida, ele perde dois elétrons para se tornar ferro ferroso, Fe ++ . Se o ferro perder três elétrons, ele se oxida para se tornar ferro férrico, Fe +++ . Redução é quando algo aceita elétrons. Por exemplo, se Fe ++ aceitasse dois elétrons, ele se tornaria metal de ferro, Fe. Diríamos que o ferro ferroso foi reduzido a metal de ferro.
O oxigênio gosta de ser reduzido. Quando o oxigênio é reduzido, aceita elétrons, ele produz óxido, O - . Se colocarmos o oxigênio junto com o ferro metálico, o ferro é oxidado (dá elétrons ao oxigênio) e o oxigênio é reduzido (aceita os elétrons perdidos do ferro). O produto é uma forma de ferrugem, óxido férrico, Fe 2 O 3 . É sempre verdade que sempre que algo é oxidado, algo mais deve ser reduzido. Os elétrons devem vir de algum lugar (oxidação), para ir de algum lugar (redução).
Voltando ao ânodo ... O ânodo está preso ao fio positivo do carregador. O fio positivo aceita elétrons. Se o fio positivo está aceitando elétrons, algo está perdendo elétrons (oxidando). Quando 12 volts são aplicados ao ânodo, a água é oxidada na superfície do ânodo e fornece elétrons até o ânodo. O produto é oxigênio. As bolhas que você vê saindo do ânodo de aço inoxidável são oxigênio que resultou da oxidação da água.
O cátodo: o cátodo é conectado ao fio negativo do carregador de bateria. O fio negativo fornece elétrons. Portanto, algo deve ganhar elétrons no cátodo (redução). Duas coisas são reduzidas no cátodo, água e ferro enferrujado. A redução da água produz hidrogênio. As bolhas que saem do cátodo são gás hidrogênio. (Uma nota de segurança: o combustível para o ônibus espacial é hidrogênio e oxigênio. A eletrólise da ferrugem deve ser feita com boa ventilação (de preferência externa) para que as concentrações explosivas de hidrogênio e oxigênio não sejam atingidas.)
A evolução do hidrogênio desempenha um papel benéfico no processo de limpeza. Todas essas pequenas bolhas se formando na superfície expelem coisas da superfície que não estão bem presas. Ferrugem solta, graxa e até tinta são removidas pela ação das bolhas de hidrogênio. Esse processo às vezes é chamado de limpeza catódica. Suponho que o ânodo também seja limpo, mas quem se importa.
A redução de juros é a redução da ferrugem. A ferrugem é normalmente uma mistura de muitos compostos de ferro. Os compostos de ferro presentes na ferrugem dependem de quanto oxigênio e água estavam presentes quando ela se formou e de muitos outros fatores. A redução eletroquímica da ferrugem é muito complicada.
Durante a eletrólise, a ferrugem muda de laranja para preta. É natural imaginar o que é a coisa preta. Na maioria dos casos, a ferrugem próxima ao ferro é reduzida a metal de ferro. Este ferro reduzido formará uma camada um tanto porosa de ferro novo no objeto limpo. Após a eletrólise, o objeto de ferro enferruja muito rapidamente, a menos que esteja protegido, porque essa camada porosa de ferro novo tem uma grande área de superfície e é particularmente suscetível à oxidação (ferrugem). O resto da ferrugem pode se reduzir a uma variedade de compostos, dependendo dos compostos da ferrugem original e dos detalhes da eletrólise. Normalmente, a substância preta que pode ser removida após a eletrólise é uma mistura de metal de ferro e magnetita, Fe 3 O 4, um óxido de ferro. A magnetita é um produto intermediário na redução da ferrugem de volta ao metal de ferro. É a coisa preta em fitas magnéticas de gravação.
Química avançada: a ferrugem é um material complicado. Normalmente, é uma combinação de óxidos ferrosos e férricos, hidróxidos e óxidos hidratados e alguns desses compostos podem estar presentes em várias formas de cristal.
Há muita especulação na literatura química e arqueológica sobre os produtos que se formam quando a ferrugem é reduzida em carbonato de sódio. Na busca por uma resposta, as pessoas podem encontrar uma publicação extensa no DENIXlocal na rede Internet. Grande parte da eletroquímica descrita não está correta e as conclusões tiradas sobre os produtos de redução não estão de acordo com a maioria da literatura química. Foi só em 1996 que alguns químicos do Instituto Federal Suíço e do Laboratório Nacional de Brookhaven fizeram um trabalho definitivo sobre este assunto (ver artigos de Virtanen em J. Electrochemical Soc 1996 e 1999). Usando uma sofisticada técnica de raios-X, eles determinaram o que estava acontecendo no cátodo quando o óxido de ferro é reduzido. Normalmente, as reduções ocorrem em solução. Ou seja, algo precisa se dissolver antes de ser reduzido. No entanto, eles descobriram que o óxido de ferro conduz elétrons e, portanto, pode ser reduzido sem entrar em solução. Este processo é conhecido como redução de estado sólido. Os átomos de ferro férrico na ferrugem começam a se reduzir a óxido ferroso, que inicialmente resulta em uma mistura de óxidos férricos e ferrosos. Esta combinação é chamada de magnetita e geralmente é escrita como Fe3 O 4 . Eventualmente, todo o óxido férrico se transforma em ferro ferroso. Em condições de redução menos potentes, o produto seria carbonato ferroso ou hidróxido ferroso. No entanto, sob as condições extremas de redução alimentado por um carregador de bateria de 12 V, eles descobriram que o ferro ferroso pode ser reduzido a ferro metálico. Toda essa química pode ocorrer sem que o ferro vá para a solução. Então, com base neste trabalho, quando vemos a ferrugem lentamente se tornando preta, estamos vendo a formação de Fe 3 O 4 que é preto e eventualmente de metal de ferro, que também é preto. O ferro finamente dividido é preto, não brilhante como um pedaço sólido de ferro. Todo esse trabalho foi feito em condições de laboratório.
Queríamos descobrir o que aconteceu quando um ferro plano enferrujado foi reduzido em um balde. Fizemos reduções de um objeto de ferro fortemente enferrujado em carbonato de sódio sob condições normalmente usadas para limpar objetos enferrujados. Usamos uma solução de carbonato de sódio a 1 ou 5% e um carregador de bateria de 12 volts e continuamos a eletrólise por cerca de 2 horas. A peça de ferro foi seca sob uma atmosfera livre de oxigênio (nitrogênio). O depósito negro solto na superfície do ferro foi removido colando-o em um pedaço de fita adesiva e analisado por difração de raios-X. Descobrimos que o depósito era magnetita. Nenhum ferro foi detectado e nenhum óxido férrico foi detectado no material preto que saiu prontamente na fita. Portanto, em nossas condições, toda a ferrugem foi reduzida, mas a redução do que era ferrugem solta não prosseguiu até o metal de ferro. Talvez tivesse acontecido se tivéssemos continuado a eletrólise por mais tempo. Não tínhamos como determinar se a ferrugem na superfície do objeto de ferro se reduzia totalmente a ferro. Esperamos que pelo menos algum ferro tenha se formado na superfície, porque após a redução a superfície do ferro forma rapidamente ferrugem vermelha (óxido férrico) se não secar rapidamente. A magnetita não enferruja rapidamente, mas o ferro finamente dividido formará ferrugem em apenas alguns minutos se estiver úmido. Concluímos, com base no nosso trabalho e no de Virtanen, que a redução da ferrugem nas condições normalmente utilizadas para a limpeza, resulta na formação de magnetite e possivelmente algum metal de ferro. Esperamos que pelo menos algum ferro tenha se formado na superfície, porque após a redução a superfície do ferro forma rapidamente ferrugem vermelha (óxido férrico) se não secar rapidamente. A magnetita não enferruja rapidamente, mas o ferro finamente dividido formará ferrugem em apenas alguns minutos se estiver úmido. Concluímos, com base no nosso trabalho e no de Virtanen, que a redução da ferrugem nas condições normalmente utilizadas para a limpeza, resulta na formação de magnetite e possivelmente algum metal de ferro. Esperamos que pelo menos algum ferro tenha se formado na superfície, porque após a redução a superfície do ferro forma rapidamente ferrugem vermelha (óxido férrico) se não secar rapidamente. A magnetita não enferruja rapidamente, mas o ferro finamente dividido formará ferrugem em apenas alguns minutos se estiver úmido. Concluímos, com base no nosso trabalho e no de Virtanen, que a redução da ferrugem nas condições normalmente utilizadas para a limpeza, resulta na formação de magnetite e possivelmente algum metal de ferro.
A outra química que ocorre é a eletrólise da água. No ânodo, a água é oxidada de acordo com esta equação:
O H + formado é rapidamente neutralizado pelo carbonato para formar o dióxido de carbono. Portanto, algumas das bolhas no ânodo podem ser tanto dióxido de carbono quanto oxigênio. No cátodo, a água é reduzida:
É importante que qualquer cobre conectado ao ânodo não toque na solução. Se isso acontecer, o cobre se oxidará em íon cúprico, Cu ++ . O conector será destruído. A maioria dos íons de cobre formados deve precipitar como carbonato de cobre ou hidróxido de cobre, mas se algum desse cobre dissolvido atingir o cátodo, será reduzido a cobre metálico no objeto de ferro. A sua presença irá promover um rápido enferrujamento.
Tradução do Blog;
Crédito: Bill Tindall e Spencer Hochstetler
Original em inglês: http://www.woodcentral.com/cgi-bin/readarticle.pl?dir=handtools&file=articles_363.shtml
Ernesto Sabato
Romancista
Ernesto Sabato foi um romancista, ensaísta e artista plástico argentino. Sabato foi vencedor do Prêmio Cervantes de Literatura e um dos maiores autores argentinos do século XX. Wikipédia
Nascimento: 24 de junho de 1911, Rojas, Argentina
Falecimento: 30 de abril de 2011, Santos Lugares, Argentina
Cônjuge: Matilde Richter (de 1936 a 1998)
Filhos: Jorge Federico Sabato, Mario Sábato
Prêmios: Prêmio Miguel de Cervantes, Prêmio Jerusalém pela Liberdade do Indivíduo na Sociedade, Prix Médicis
Saiba mais em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ernesto_Sabato
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