ana nery corrosão de metais
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Corrosão de metais
Físico Química IIJoseval Estigaribia
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Corrosão - O que é e consequências.
• Corrosão é um processo irreversível envolvendo reações REDOX simultâneas na interface material - ambiente corrosivo, sendo: → espontâneo, resultante da ação química ou eletroquímica ou → não espontâneo, resultante da ação eletrolítica de um meio sobre um material.
• Ocorre também em concreto e polímeros.• Na indústria, afeta os custos de manutenção e substituição de
equipamentos, tubulações.• Impacta o meio ambiente ao facilitar vazamentos, colocando em risco a
vida humana nas possíveis explosões e incêndios.• Deterioração de mobília e monumentos históricos.• Cerca de 30% do aço produzido mundialmente é usado na reposição de
peças corroídas.• A corrosão pode ser eletroquímica, química ou eletrolítica.
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Corrosão – como ocorre• Qualquer reação REDOX, didaticamente pode ser separada em uma
semirreação de oxidação que acontece na região do metal denominada anódica e uma semirreação de redução na região denominada catódica.
• A corrosão sempre se manifesta na região anódica, onde os cátions liberados pelo metal poderão reagir com o meio e formar produtos de corrosão solúveis e insolúveis.
• A região catódica permanece intacta, ocorrendo reações de redução das espécies do meio corrosivo: geralmente água, prótons e oxigênio.
• A resistência à corrosão de um material metálico em diferentes meios ou de dois materiais metálicos num único meio é um parâmetro meramente comparativo.
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Velocidade de corrosão• Seu conhecimento permite estimar a vida útil de tubulações,
estruturas, equipamentos e instalações industriais expostas aos mais diversos meios como, entre estes, a atmosfera.
• A velocidade ou taxa de corrosão representa a velocidade média de ‘desgaste’ da superfície metálica.
• Os valores das taxas de corrosão podem ser expressos por:→ meio da perda de massa por unidade de área e de tempo – por
exemplo, mg/dm²/dia (mdd) .→ pela redução de espessura do material por unidade de tempo –
mm/ano ou em milésimos de polegada por ano (mpy) .• Os dois parâmetros são equivalentes, sendo que o segundo se
determina a partir do primeiro e, quando expressos na unidade de tempo, representam a taxa de corrosão.
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Corrosão eletroquímica• Ocorre quando o metal está em contato com uma solução de um
eletrólito, ocorrendo reações anódicas e catódicas.• Mais comum na natureza (ferrugem), onde se forma uma pilha de
corrosão – presença de água e oxigênio, á temperatura ambiente:Reação anódica (oxidação): Fe → Fe2+ + 2 e– (1)Reação catódica (redução): 2 H2O + 2 e– → H2 + 2 OH– (2)• Os íons Fe2+ migram em direção à região catódica, enquanto os íons
OH– direcionam-se para a anódica.• Na região intermediária ocorre a formação de hidróxido ferroso:
Fe2+ (aq) + 2 OH– (aq) → Fe(OH)2 (aq) (3)
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Corrosão eletroquímica
• Em meio com baixo teor de O2 (g), ocorre:
3 Fe(OH)2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 (4)
• Em meio com alto teor de O2 (g), ocorre:
2 Fe(OH)2 + H2O + ½ O2 → 2 Fe(OH)3 (5)
2 Fe(OH)3 → Fe2O3.H2O + 2 H2O (6)
• Assim, a ferrugem, consiste nos compostos Fe3O4 (coloração preta) e Fe2O3.H2O (coloração alaranjada ou castanho-avermelhada).
• Quando se colocam dois metais diferentes ligados na presença de um eletrólito, temos uma pilha galvânica. Na figura abaixo, a área anódica (Fe), sofre desgaste. O eletrólito envolve as áreas anódica e catódica ao mesmo tempo.
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Corrosão eletroquímica
A intensidade do processo de corrosão é avaliada pela carga ou quantidade de íons que se descarregam no catodo ou pelo número de elétrons que migram do anodo para o catodo, sendo que a diferença de potencial da pilha (ddp) será mais acentuada quanto mais distantes estiverem os metais na tabela de potenciais de eletrodo.
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Corrosão eletroquímica
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Corrosão química• Ou corrosão seca, corresponde ao ataque de um agente químico
isento de água diretamente sobre o material, sem transferência de elétrons de uma área para outra.
• No caso de um metal, o processo consiste numa reação química entre o meio corrosivo e o material metálico, resultando na formação de um produto de corrosão sobre a sua superfície.
• Um exemplo desse processo é a corrosão de zinco metálico em presença de ácido sulfúrico: Zn (s) + H2SO4 → ZnSO4 + H2P (7)
• No caso dos polímeros, é possível um ataque por solventes ou por agentes oxidantes enérgicos, havendo a cisão das macromoléculas, alterando as propriedades desses materiais, como no caso do poliéster, onde há perda de rigidez e flexibilidade.
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Corrosão química• A destruição do concreto, observada nas pontes e viadutos, tem
como uma de causas a corrosão química, devida à ação dos agentes poluentes sobre seus constituintes (cimento, areia e agregados de diferentes tamanhos).
• Fatores mecânicos (vibrações e erosão), físicos (variação de temperatura), biológicos (bactérias) ou químicos (em geral ácidos e sais dispersos na atmosfera) são os responsáveis por esse processo.
• O concreto é constituído principalmente por silicatos e aluminatos de cálcio e óxido de ferro, que se decompõem ao entrar em contato com ácidos, conforme abaixo representado:3 CaO.2 SiO2.3 H2O + 6 HCl → 3 CaCl2 + 2 SiO2 + 6 H2O (9)
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Corrosão química
Uma segunda causa para a deterioração do concreto é a corrosão eletroquímica que ocorre nas armaduras de aço-carbono em seu interior. A figura ilustra dois exemplos de corrosão química em concreto armado e consequente exposição da estrutura de vergalhões de aço, a qual é passível de corrosão eletroquímica.
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Corrosão eletrolítica• Se dá com a aplicação de energia elétrica externa, sendo caso de
reação não espontânea.• Esse fenômeno é provocado por correntes de fuga, também
chamadas de parasitas ou estranhas, e ocorre com freqüência em tubulações de petróleo e de água potável, em cabos telefônicos enterrados, em tanques de postos de gasolina etc.
• Essas correntes são devidas a deficiências de isolamento ou de aterramento, fora de especificações técnicas.
• Normalmente, acontecem furos isolados nas instalações, onde a corrente escapa para o solo.
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Corrosão eletrolítica
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Como minimizar os efeitos? Proteção catódica
• Os processos mais empregados para a prevenção da corrosão são a proteção catódica e anódica, os revestimentos e os inibidores de corrosão.
• A proteção catódica é a técnica que transforma a estrutura metálica que se deseja proteger em uma pilha artificial, evitando, assim, que a estrutura se deteriore.
• É empregada em tubulações enterradas para o transporte de água, petróleo e gás, e grandes estruturas portuárias e plataformas marítimas.
• Consiste na injeção de corrente elétrica por meio de duas técnicas: a proteção por anodos galvânicos (espontânea) e a proteção por corrente impressa (não espontânea).
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Como minimizar os efeitos? Proteção catódica
Proteção catódica por anodo de zinco em casco de navio: (a) vista inferior do navio em dique seco; (b) fixação do anodo de zinco no casco do navio.
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Como minimizar os efeitos? Proteção anódica
• A proteção anódica é um método de aumento da resistência à corrosão que consiste na aplicação de uma corrente anódica na estrutura a proteger.
• A corrente anódica favorece a passivação do material dando-lhe resistência à corrosão. A proteção anódica é empregada com sucesso somente para os metais e ligas formadores de película protetoras, especialmente o titânio, o cromo, ligas de ferro-cromo, ligas de ferro-cromo-níquel.
• O seu emprego encontra maior interesse para eletrólitos de alta agressividade (eletrólitos fortes), como por exemplo um tanque metálico para armazenamento de ácidos.
• A proteção anódica não só propicia a formação da película protetora mas principalmente mantém a estabilidade desta película. O emprego de proteção anódica é ainda muito restrito no Brasil, porém tem grande aplicação em outros países na indústria química e petroquímica.
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Como minimizar os efeitos? Revestimentos
• São aplicados sobre superfícies metálicas formando uma barreira entre o metal e o meio corrosivo e, consequentemente, impedindo ou minimizando o processo de corrosão.
• As tintas, como as epoxídicas e o zarcão, são revestimentos muito utilizados na proteção de tubulações industriais, grades e portões.
• A galvanização é um método que consiste na superposição de um metal menos nobre sobre o metal que será protegido. É uma técnica muita empregada, como no caso de parafusos de ferro galvanizados com zinco.
• Os inibidores de corrosão são substâncias inorgânicas ou orgânicas que, adicionadas ao meio corrosivo, objetivam evitar, prevenir ou impedir o desenvolvimento das reações de corrosão, sejam elas na fase gasosa, aquosa ou oleosa.
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Como minimizar os efeitos? Revestimentos
• Recentemente, desenvolveu-se novos materiais mais resistentes e duradouros, como ligas metálicas, polímeros e cerâmicas.
• A questão principal é o custo, pois há materiais que custam até 50 vezes mais que os materiais atualmente em uso.
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Série galvânica
• Au – Ag – Cu –Bi – Sn – Pb –Ni – Co – Fe – Cr – Zn – Al – Mg
Ordem crescente de oxidação dos metais.