CORROSÃO
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CORROSÃO Química Geral Profa. Dra. Carla Dalmolin CORROSÃO - DEFINIÇÃO Ferrugem Deterioração Oxidação Perda de material ASTM G15: Reação química ou eletroquímica entre um material (geralmente metálico) e seu meio, resultando na deterioração do material e suas propriedades CUSTOS DA CORROSÃO U$ 300,00 / pessoa . ano *Estudo realizado entre as décadas de 1970 – 80 nos Estados Unidos 4,9 % do PIB de um país industrializado 1,0 – 2,0 % deste total poderia ser evitado utilizando tecnologias de proteção à corrosão já desenvolvidas na época Custo maior que desastres naturais como incêndios, inundações, terremotos, tornados, etc. U$ 800 milhões / dia CUSTOS DA CORROSÃO Diretos Reposição de peças Perda de máquinas Repintura de peças metálicas Proteção catódica Alto custo dos inibidores Custo extra dos materiais mais resistentes As Forças Aéreas americanas gastam cerca de U$ 1 bilhão / ano com corrosão e proteção. CUSTOS DA CORROSÃO Indiretos Paradas de plantas Contaminação / perda de produtos Perda de eficiência dos processos Superdimensionamento (espessura) das peças metálicas Cerca de 20% das falhas eletrônicas são causadas por corrosão SEGURANÇA E MEIO AMBIENTE Proc. Siderúrgicos Metais Minerais Corrosão A energia requerida para a formação do metal a partir do seu minério é perdida para o meio quando o metal corrói para sua forma oxidada. Alta periculosidade de alguns produtos Contaminação de recursos naturais Utilização dos recursos naturais não renováveis Gasto de energia POR QUE OS METAIS CORROEM? OXIDAÇÃO E REDUÇÃO Reações onde ocorre variação do número de oxidação dos elementos que constituem os reagentes, ou seja: há troca de elétrons entre estes elementos. Reação parcial de Oxidação: ganho de elétrons Fe Fe2+ + 2e- Reação parcial de Redução: perda de elétrons 2H+ + 2e- H2 Reação Global: soma das reações parciais Fe + 2H+ Fe2+ + H2 Fluxo de elétrons Corrente elétrica POTENCIAL DE REAÇÃO Para que ocorra uma reação eletroquímica, é necessário que exista um fluxo de elétrons. Um fluxo de elétrons só ocorre quando se desenvolve uma diferença de potencial entre um condutor elétrico • Potencial de Reação • Potencial de Célula • ddp EQUAÇÃO DE NERST Relação entre o potencial de célula com a concentração dos íons constituintes, a temperatura e a pressão Utilizada para determinar o potencial de uma célula fora das condições padrão E: potencial do eletrodo E0: potencial padrão do eletrodo R: constante dos gases perfeitos – 8,314 JK-1mol-1 T: temperatura em Kelvin n: número de elétrons envolvidos na reação eletroquímica F: constante de Faraday – 96500 C Qreação: quoeficiente de reação A 25 oC, 1,0 bar e passando ln para log: *COEFICIENTE DE REAÇÃO CÉLULA DE CORROSÃO Anodo – onde ocorre a corrosão (oxidação) do metal Catodo Metal ou outro condutor eletrônico (ex. grafite) Fornece sítios para a semi-reação de redução do meio Contato Elétrico Eletrólito Meio onde ocorre a condução iônica Geralmente é em meio aquoso ANODO CATODO Contato Elétrico Meio onde ocorre o fluxo de elétrons “Elétrons não sabem nadar”!!! Eletrólito ÁREAS CATÓDICAS E ANÓDICAS TIPOS DE CORROSÃO CORROSÃO UNIFORME • A corrosão ocorre em toda a superfície • O meio corrosivo deve estar em contato com todo o material • O metal deve ser ter composição uniforme • Mais comum em casos de corrosão atmosférica • Previsível e até aceitável Aço Patinável Titânio colorido CORROSÃO GALVÂNICA • Ocorre quando dois metais diferentes estão em contato na presença de um eletrólito • Corrosão ocorre próximo à junção • Anodos de sacrifício são uma forma de corrosão galvânica utilizada para proteção de outros metais mais nobres CORROSÃO GALVÂNICA Série Galvânica (em água do mar deaerada) Catódico (nobre) Platina Titânio Aço Inoxidável Bronze Cobre Níquel Aço Tubulação de aço em contato com cobre Alumínio Zinco Anódico (ativo) EFEITO DA ÁREA SUPERFICIAL Processo Anódico Ex.: 2 Zn 2 Zn2+ + 4 e- e- Processo Catódico O2 + 2H2O + 4e- 4OH- Ianódico = I catódico Corrosão do Zn Ianódico = Icorrosão ia = densidade de corrente Densidade de corrente anódica Densidade de corrente de corrosão EFEITO DA ÁREA SUPERFICIAL Área anódica menor que a área catódica Sa < Sc ; ia >> ic EFEITO DA ÁREA SUPERFICIAL Área anódica maior que a área catódica Sa > Sc ; ia << ic EFEITO DA ÁREA SUPERFICIAL Placas de Alumínio fixadas com rebites de latão PREVENÇÃO SÉRIE GALVÂNICA CÉLULAS DE CONCENTRAÇÃO CÉLULA DE CONCENTRAÇÃO IÔNICA CÉLULA DE CONCENTRAÇÃO IÔNICA CÉLULA DE AERAÇÃO DIFERENCIAL CÉLULA DE AERAÇÃO DIFERENCIAL Nos metais ativos, a reação de oxidação é a corrosão do metal Corrosão por pites e frestas CORROSÃO POR PITES E FRESTAS CORROSÃO POR PITES CORROSÃO POR FRESTAS PREVENÇÃO CORROSÃO SELETIVA Corrosão seletiva ocorre quando um componente da liga é mais susceptível a corrosão e acaba se dissolvendo preferencialmente O metal mais susceptível é o mais ativo na série galvânica Torna-se o anodo numa célula galvânica formada em contato com os componentes mais nobres da liga Grafitização: dissolução do Fe em ligas contendo C Desinficação: dissolução do Zn no latão CORROSÃO SELETIVA Liga Meio Corrosivo Elemento Removido Latão / Bronze Água parada Zn (desinficação) Ferro fundido Solo Fe (grafitização) Bronzes de Alumínio Solução ácidas, HCl Al (dealuminação) Bronzes de Silício Vapores a altas temperaturas, ácidos Si Bonzes de Estanho Vapores quentes Sn Cobre – Níquel Fluxos quentes Ni Níquel - Cobre Ácidos Cu ou Ni (depende do meio) Ligas de Ouro Soluções de sulfito Saliva humana Cu e Ag Níquel Sais fundidos Cr, Fe, Mo, W Aço Carbono Hidrogênio em altas temperaturas C (descarburização) Ferro - Cromo Altas temperaturas Cr Níquel - Molibdênio Oxigênio a altas temperaturas Mo CORROSÃO SELETIVA Grafitização Dezinficação PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO Inibidores – substâncias adicionadas à solução corrosiva Modificações de processo, projeto ou propriedades de metais – busca a obtenção de potenciais mais nobres Revestimentos – barreira às reações entre o metal e o meio corrosivo Proteção catódica Proteção anódica Controle da corrente de corrosão através de fontes externas PROTEÇÃO CATÓDICA ANODO: Zn Zn2+ + 2e- Fe Fe2+ + 2e- A oxidação preferencial do Zn fornece elétrons suficiente para o catodo, diminuindo a taxa de corrosão do Fe CATODO: O2 + 2H2O + 4e- 4OH- PROTEÇÃO CATÓDICA PROTEÇÃO CATÓDICA PROTEÇÃO CATÓDICA
