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Corrosão de metais

Físico Química IIJoseval Estigaribia

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.

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.

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.

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)

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.

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.

Corrosão eletroquímica

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.

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)

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.

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.

Corrosão eletrolítica

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).

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.

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.

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.

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.

Série galvânica

• Au – Ag – Cu –Bi – Sn – Pb –Ni – Co – Fe – Cr – Zn – Al – Mg

Ordem crescente de oxidação dos metais.