Corroso Galvnica

ALUNOS: Aline Andrade Reis; Edivnia ; Jessyca Feitosa de Moura; Thamires just. TURMA: 4 Tcnico em Qumica Noturno PROFESSORA: Helena Bonaparte

02 de dezembro de 2011 Aracaju SECORROSO GALVNICA

Definio: O contato eltrico entre materiais de natueza qumica diferente resulta no processo corrosivo conhecido como corroso galvnica. A intensidade deste tipo de corroso ser proporcional distncia entre os valores dos materiais envolvidos na tabela de potenciais eletroqumicos, em outras palavras, na "nobreza" dos materiais, quanto mais distante um material estiver do outro, mais intensa ser as reaes de xido-reduo. Exerce tambm influncia neste tipo de corroso a proporcionalidade entre as reas andica e catdica, quanto menor a rea do metal andico a corroso deste ser bastante acentuada, portanto tal proporo dever ser menor possvel com vistas a se obter a mnima corroso na rea andica aliada a sua uniformidade. Essa provavelmente o tipo mais comum, porque a corroso em funo da gua quase sempre se deve ao processo galvnico. Alguns casos tpicos so reservatrios, tubulaes ou estruturas expostas ao tempo, submersas ou subterrneas. Nessas condies, h a presena, constante ou no, de gua, que favorece a formao de clulas galvnicas. O fenmeno pode ser visto no modelo de uma clula galvnica conforme Figura 01.

Figura 01 Dois eletrodos de materiais diferentes so imersos em um eletrlito e so eletricamente ligados entre si. Nessas condies, as reaes eletroqumicas sero: No catodo: O2 + 4e+ 2H2O 4OH No anodo: 2Fe 2Fe++ + 4e Portanto, no anodo ocorre uma reao de oxidao (corroso do material) e no catodo, uma reao de reduo. Os ons OH e Fe++ combinam-se para formar Fe(OH)2 (ferrugem). necessrio que os materiais do anodo e catodo sejam diferentes, ou melhor, apresentem potenciais de oxidao (tenso gerada por cada em relao a um eletrodo neutro de referncia) diferentes. A tabela abaixo d os valores prticos de potenciais de vrios metais, em solos e gua, medidos em relao a um eletrodo de referncia. Quanto mais negativo o potencial, mais andico ser a sua condio, ou seja, mais sujeito corroso. Material Pot (volts)

Magnsio comercialmente puro Liga de Mg (6% Al, 3% Zn, 0,15% Mn) Zinco Liga de alumnio (5% Zn) Alumnio comercialmente puro Ao estrutural (limpo e brilhante) Ao estrutural (enferrujado) Ferro fundido branco, chumbo Ao estrutural no concreto Cobre, lato, bronze

1,75 1,60 1,10 1,05 0,80 0,50 / 0,80 0,40 / 0,55 0,50 0,20 0,20

Na prtica, as clulas galvnicas se formam devido s diferenas de materiais existentes como soldas, conexes ou simples diferenas superficiais no mesmo metal. O eletrlito pode ser a gua contida no solo ou em contato direto com o lquido. Quando se tem necessidade de ligar dois materiais metlicos de diferentes potenciais, a consulta a tabela de potenciais ou, em alguns casos, a tabela prtica em gua do mar de grande utilidade, pois permitem caracterizar o material que ter tendncia a funcionar como nodo. Em alguns casos, quando for inevitvel a juno de dois materiais metlicos diferentes, fazer em um deles um revestimento metlico que permita igualdade ou proximidade de potenciais, diminuindo portanto a diferena de potenciais e consequentemente, o processo corrosivo. Portanto nem sempre devemos seguir somente as tabelas de potenciais, pois estes se alteram com a mudana da soluo do meio corrosivo e como estes so vrios, nem sempre so encontrados dados suficientes na literatura que permita caracterizar o material que funcionar como nodo. Neste caso, devem ser realizadas experincias com alguns pares metlicos no meio corrosivo em que o equipamento ir operar para se determinar o potencial e a rea andica. Porque ocorre essa corroso e no outra? Este tipo de corroso ocorre de forma espontnea formando reas catdicas e andicas atravs de um meio eletrlilito, causando uma trnasferncia de carga eltrica

Algumas

construes

prticas

podem

agravar

o

problema

da

corroso.

Exemplo: se uma tubulao subterrnea de cobre assentada junto a uma de ao. Se houver, de alguma forma, um contato eltrico entre ambas, haver a formao de uma extensa clula galvnica que aumentar significativamente a corroso no ao. Um outro exemplo: de uma tubulao subterrnea de ao j atacada pela corroso, foram trocados apenas os trechos mais corrodos. Algum tempo depois, verificou-se que os trechos novos duraram menos que o esperado. Em vez do motivo clssico (j no se fazem mais tubos como antigamente ...), melhor considerar que, conforme tabela, o ao novo tem um potencial mais negativo que o usado e, assim, os trechos novos ficaram andicos em relao aos antigos e, portanto, foram mais afetados.

O Zinco O zinco um metal de cor branco-azulada, forma cristalina hexagonal compacta, nmero atmico: 30, peso atmico: 65,38, densidade (a 25C): 7,14, dureza: 2,5 (escala de Mohs), ponto de fuso: 419C ( presso de 760mm de Hg) e ponto de ebulio: 920C. O zinco encontrado em todo o meio ambiente (ar, gua e solo). No corpo humano, que contm de 2 a 3 gramas de zinco, ele essencial para o bom funcionamento dos sistemas imunolgico, digestivo e nervoso, pelo crescimento, controle do diabetes e os sentidos do gosto e do olfato. Mais de 300 enzimas no corpo humano

necessitam do zinco para o seu correto metabolismo. O zinco caracteriza-se pela sua alta resistncia corroso, o que permite o seu emprego como revestimento protetor de vrios produtos. Sua grande facilidade de combinao com outros metais permite o seu uso na fabricao de ligas, principalmente os lates e bronzes (ligas cobre-zinco) e as ligas zamac (zinco-alumniomagnsio). Seu baixo ponto de fuso facilita a moldagem em peas injetadas e centrifugadas. Seu baixo ponto de ebulio facilita a sua extrao e refino e, por ser bastante malevel entre 100 e 150C, pode ser laminado em chapas e estirado em fios. Os principais minerais de zinco so a blenda ou esfalerita (ZnS), willemita (Zn2SiO4), smithsonita (ZnCO3), calamina ou hemimorfita (2ZnO.SiO2.H2O), wurtzita (Zn,Fe)S, franklinita (Z,n,Mn)Fe2O4, hidrozincita [2ZnO3.3Zn(OH)2] e zincita (ZnO), com destaque no caso do Brasil para os minrios calamina, willemita e esfalerita. Pela sua propriedade anticorrosiva, o zinco tem larga aplicao na construo civil, na indstria automobilstica e de eletrodomsticos, destacandose o seu uso na galvanizao como revestimento protetor de aos estruturais, folhas, chapas, tubos e fios por meio da imerso ou eletrodeposio. As ligas para fundio (Zamac) so utilizadas em peas fundidas, eletrodomsticos, indstria de material blico e automobilstico. Os lates e bronzes (ligas cobre-zinco com teores de zinco entre 5,0 e 40,0%) so usados em acessrios eltricos e vrias outras aplicaes. Os laminados tm como principal campo de aplicao s pilhas e baterias. O xido e p de zinco so usados em produtos qumicos e farmacuticos, cosmticos, borrachas, explosivos, tintas e papel. O zinco tambm utilizado como anodo para proteo catdica do ao ou ferro. Abaixo temos o diagrama de pourbaix do zinco. Lembrando que este diagrama limitado, pois diz-nos o que pode acontecer, mas no necessariamente o que acontecer; no h informaes sobre a velocidade de reao e no pode somente ser plotado para metais puros e solues simples, no para ligas.

Passivao a modificao do potencial de um eletrodo no sentido de menor atividade (mais catdico ou mais nobre) devido formao de uma pelcula de produto de corroso. Esta pelcula denominada pelcula passivante. Quando um filme passivo formado, este causa uma queda marcante na densidade de corrente devido resistncia do filme e seu efeito como barreira de difuso. O zinco em meio bsico forma a pelcula passivadora de xido de zinco fato comprovado pelas fotos abaixo: a primeira foto zinco em soluo de hidrxido de sdio a 2 molar, e a segunda hidrxido de sdio a 0,1 molar.

Em meio cido ou salino a pelcula passivadora do zinco destruda havendo corroso como mostram as fotos abaixo: Respectivamente temos zinco em soluo de cido clordrico 0,1 mol e cido Clordrico 3 mol.

Nas fotos abaixo temos o zinco em soluo de NaCl Saturado e NaCl 0,1 mol respectivamente.

Atmosfera poluda: Reaes esperadas Zn + SO2 + O2 C 2Zn + 2SO2 + O2 2ZnSO3 3Zn + SO2 ZnS + 2ZnO

ZnO + SO2 + 1/2O2 ZnSO4 Zn(OH)2 + SO2 + 1/2O2 ZnSO4 + 2H2O Atmosfera poluda: Reao Observadas Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 Zn + H2SO4 + 1/2O2 ZnSO4 + H2O

Atmosfera rural Atmosfera urbana ou industrial

Zn Zn(OH)2 ZnOH(CO3)0,5 Zn Zn(OH)2 ZnOH(CO3)0,5 Zn Zn(OH)2 ZnOH(CO3)0,5 ZnSO4 Zn Zn(OH)2 ZnOH1,5(SO4)0,25 Zn Zn(OH)2 ZnOH1,5(SO4)0,25 ZnSO4 Zn ZnSO4 Zn Zn(OH)2 ZnOH1,4Cl0,6

Atmosfera marinha

Quando o zinco e colocado em cido o metal comear a dissolver-se, o hidrognio comear a ser liberado de acordo com o potencial do metal Considerando a reao Zn Zn2+ + 2ede dissoluo do zinco andica

O Alumnio o elemento metlico mais abundante da crosta terrestre. leve, resistente corroso e tem baixo ponto de fuso (933,47 K ou 660,32 C).

As aplicaes para o alumnio so inmeras: vo desde bens de usos comuns como utenslios de cozinha, latas, ferramentas at utilizados nas engenharia aeronutica como em avies e foguetes. Tambm muito usado na construo civil tanto pela sua resistncia quanto pela sua beleza decorativa. Diagrama de Pourbaix do Alumnio O Diagrama de Pourbaix o diagrama descritivo de cada elemento do potencial em funo de pH. Em potencial extremamente negativo, ou seja, no espontneo, em presena de pH abaixo de 8 observa-se a zona de imunidade em que no ocorre reao do Al puro. Com a variao do potencial, desde quase -2 a 2 V, em pH de -2 a 5 e de 7 a 16, encontra-se a zona corrosiva, em que ocorre corroso desde ons de Al 3+ a xidos de AlO2-. Com variao do potencial, desde quase -2 a 2 V, em pH de 5 a 7, ocorre a zona de passivao, em que de acordo com o meio h reao formando pelcula protetora de um xido de alumnio hidratado, Al2O3.H2O. No potencial entre -1 e -0,5 V, em todo pH, ocorre a zona de proteo catdica.

Passivao do Alumnio O alumnio apresenta grande resistncia corroso atmosfrica devido camada de xido (Al2O3) que recobre o metal e se forma to logo ele exposto ao ar. Essa camada, entre outras caractersticas, apresenta grande aderncia e alta resistividade eltrica, sendo, portanto protetora. A partir desta camada protetora, o alumnio se encontra passivado:4Al + 3O2 => 2Al2O3

Perda da Passivao A passividade de um metal pode ser destruda por substncias redutoras, polarizao catdica e ons halogenatos, principalmente cloreto, que penetra na camada de xido ou a dispersa sob forma coloidal, aumentando sua permeabilidade. Na pilha ativa-passiva que se forma, a rea andica est localizada nos pontos em que houve destruio da passividade e, como essas reas so muito pequenas em relao rea catdica, haver corroso acelerado nesses pontos. Como o alumnio um metal anftero, perde sua passividade em solues alcalinas (principalmente para pH acima de 8), pois a pelcula responsvel pela passivao solvel em lcalis. Exemplos da Perda da Passivao O alumnio, embora possa resistir aos cidos oxidantes como o ntrico, no resiste ao cido clordrico e s solues aquosas de bases fortes como, por exemplo, hidrxido de sdio. Em atmosferas marinhas (atmosfera rica em sais, principalmente NaCl) o fator mais influente a deposio de particulados se forem higroscpicos (que tem tendncia de absolver a umidade do ar): embaixo do depsito h processo corrosivo por aerao diferencial, com formao de pites. Em decorrncia desse fato procura-se manter limpa a superfcie do alumnio nesse meio, tentando evitar a corroso. Ambientes com pH muito elevado (meio muito bsico), acabada sendo corrosivo ao alumnio, primeiramente atacando a sua pelcula protetora (xido de alumnio) e depois atacando o alumnio, sendo formados nas duas reaes o aluminato que solvel e mesmo que o ataque seja superficial, o metal perde todo o aspecto decorativo.Al2O3 + 6OH 2Al + 6OH + 6H2O => 2Al(OH)6 + 3H2O => 2Al(OH)6

Se o meio bsico for NaOH, o alumnio ser atacado, formando sais e desprendendo hidrognio:Al + 3NaOh + 3H2O => Na3Al(OH)6 + 3/2 H2 Estudos de Casos

Sistema Isolante trmico de tubulaes de sistema de ar-condicionado. Material Alumnio usado como revestimento de isolante trmico. Condies Operacionais Tubulaes de ao-carbono, de gua do sistema de refrigerao, revestidas com tinta asfltica, seguida de uma camada de isopor revestida de tinta asfltica. Todo esse conjunto envolvido por folhas de alumnio. Observaes Corroso nas folhas de alumnio, presena de produto de corroso esbranquiado e perfurao nas folhas de alumnio.

reas predominantemente corrodas localizadas nas superfcies internas inferiores das folhas de alumnio e presena de gua condensada. Anlise No produto de corroso, presena de cloretos e de alumnio; na tinta asfltica, presena de cloreto. Causa Presena de cloreto na tinta asfltica usada como revestimento das tubulaes e tambm do isolamento trmico de isopor em contato com alumnio: gua condensada e cloreto impediram a formao do xido de alumnio protetor. Formado o cloreto de alumnio, produto de corroso, ele sofre hidrlise, formando cido clordrico, HCl, e acelerando o processo corrosivo: AlCl3 + 3H2O => Al(OH)3 + 3HCl 2Al + 6HCl => 2AlCl3 + 3H2 Al2O3 + 6HCl => 2AlCl3 + 3H2O Soluo Substituio das folhas de alumnio corrodas e do isolamento trmico revestido com tinta asfltica contendo cloreto. Uso de revestimentos com tintas isentas de cloreto, com aquelas base de resina epxi. Vista inferior do isolamento trmico mostrando o produto de corroso esbranquiado proveniente da perfurao, de dentro para fora, das folhas de alumnio.

Fotos da prtica: Al + 3NaOh + 3H2O => Na3Al(OH)6 + 3/2 H2

Ocorre corroso, pois o xido formado ser solvel no NaOH, perdendo sua proteo e tendo ataque direto no Al puro, e quanto maior a concentrao da soluo maior ser o ndice de corroso. Entende-se que o Alumnio seria a regio catdica quando em soluo de NaOH.Al em soluo de NaOH 0,1M:

Al em soluo de NaOH 0,1M desaerado:

Al em soluo de NaOH 2M:

Al em soluo de NaOH 2M:

Al em soluo de NaCl 0,1M: No ocorre reao em soluo de NaCl.

Al em soluo de NaCl 0,1M:

Al em soluo de NaCl saturado:

Al em soluo de NaCl saturado desaerado:

Al em soluo de HCl 0,1M:

AlCl3 + 3H2O => Al(OH)3 + 3HCl 2Al + 6HCl => 2AlCl3 + 3H2 Al2O3 + 6HCl => 2AlCl3 + 3H2O Ocorre corroso, superficial em baixas concentraes e efetiva em altas concentraes, em que o Al apresenta-se como regio andica,

Al em soluo de HCl 0,1M desaerado:

Al em soluo de HCl 3M:

Al em soluo de HCl 3M:

O Ferro

um dos elementos mais abundantes do universo, sendo o mais abundante do planeta Terra. um metal malevel, tenaz, de colorao cinza prateado apresentando propriedades magnticas, sendo assim considerado ferromagntico. Tem ponto de fuso elevado (1811K ou 1537C). encontrado na natureza fazendo parte da composio de diversos minerais, entre eles xidos, como FeO ou Fe2O3. O Ferro o metal mais usado, com 95% em peso da produo mundial de metal. indispensvel devido ao seu baixo preo e dureza, especialmente empregado em automveis, barcos e componentes estruturais de edifcios. O ao a liga metlica de ferro mais conhecida, sendo este seu uso mais frequente. Os aos so ligas metlicas de ferro com outros elementos, tanto metlicos quanto no metlicos, que conferem propriedades distintas para o material. Um dos inconvenientes do ferro que se oxida com facilidade. Existe uma srie de aos aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o cromo, para que se tornem mais resistentes corroso. So os chamados aos inoxidveis.

Diagrama de Pourbaix do Ferro: No Diagrama de Pourbaix do ferro, em toda faixa de pH e potencial abaixo de -0,5 V, observa-se a zona de imunidade do Fe puro. Em pH abaixo de 7, ou seja cido, e acima de 14, extremamente bsico, ocorre a zona de corroso atravs dos ons Fe2+ , Fe3+ e Fe(OH)3- em determinado potencial.

Em pH mais bsico, encontra-se o zona de passivao do ferro atravs dos xidos Fe 2O3 e Fe2O4.

Passivao do Ferro Observa-se, experimentalmente, que alguns metais podem apresentar comportamento diferente do que seria previsto pelas suas posies na tabela de potenciais. Assim, o ferro rapidamente atacado pelo cido ntrico diludo, mas no pelo cido ntrico concentrado e novamente colocado no cido ntrico diludo, observa-se que ele no mais atacado. Diz-se que o metal est no estado passivo, no mais podendo ser atacado por HNO3 diludo.

Existe tambm a possibilidade de formao de pelculas protetoras de xidos de ferro (Fe2O3 e Fe3O4). Isso vai depender do meio corrosivo e se o xido vai ser insolvel e aderente a liga de ferro. Entretanto, o filme do produto de oxidao que se forma em sua superfcie, seja em meios atmosfricos, seja em ambientes qumicos, o oposto dos filmes autoprotetores encontrados em outros materiais metlicos. de formao descontnua, permevel, solvel, com tendncia a crescer indefinidamente at a completa degradao do material metlico. Sendo assim, existe a necessidade de proteo, sendo usual o emprego de revestimentos.

Principais reaes do Fe No caso de atmosferas marinhas, o poluente encontrado em maior quantidade o NaCl que, por ser um eletrlito forte, origina um processo corrosivo acentuado, e o produto de corroso do ferro vai conter tambm cloreto de ferro (III), que muito solvel em gua e muito corrosivo, pois se hidrolisa formando cido clordrico. Fe(OH)3 + 3NaCl => FeCl3 + 3NaOH 2FeCl3 + 3H2O => Fe2O3 + 6HCl Podendo-se encontrar, no produto de corroso, cloreto bsico de ferro, Fe(OH)2Cl, insolvel FeCl3 + 2H2O => Fe(OH)2Cl + 2HCl Oxidao do Ferro, pelo oxignio presente na gua, formando o xido de ferro hidratado: 2Fe + 3/2O2 + H2O => Fe2O3.H2O Oxidao do Ferro em meio deficiente de oxignio, com a formao do hidrxido de ferro (II) e, em seguida a decomposio em xido de ferro: Fe + 2OH => Fe(OH)2 3Fe(OH)2 => Fe3O4 + 2H2O + H2 Oxidao do Ferro , devido ao pH cido, originado da clorao: Cl2 + H2O => HCl + HOCl Quando em contanto com HCl, o Ferro(II) sofrer oxidao e formar o cloreto de ferro (II): Fe + 2HCl => FeCl2 + H2 Quando em contanto com HCl, o Ferro(III) sofrer oxidao e formar o cloreto de ferro (III): 2Fe + 6HCl + 3/2O2 => 2FeCl3 + 3H2O FeCl3 + H2O => Fe(OH)3 + 3HCl

A Ferrugem A Ferrugem o resultado da oxidao do Ferro. A composio da ferrugem vai depender, alm da composio da atmosfera, da composio do material metlico. Assim, no caso do material ferroso, existem os elementos comuns como fsforo, silcio, carbono, enxofre e mangans. Destes, o mangans e o enxofre podem participar da composio da ferrugem: o mangans formando sais bsicos insolveis e dando, portanto, certa proteo, e o enxofre sendo oxidado a sulfato, no ocasionando nenhuma proteo. A principal forma que a ferrugem se apresenta o Fe2O3 hidratado (Fe2O3.nH2O).

Estudo de Caso

Sistema Tubulao de gua potvel. Material Ferro fundido cinzento. Condies Operacionais Circulao de gua potvel com valor de pH variando de 6,8-7,5 teor de cloreto na faixa de 5-10 ppm. Observaes Na inspeo realizada em trecho da tubulao observou-se: Presena de tubrculos constitudos de xidos de ferro; Aps retirada desses tubrculos, o trecho de tubo apresentava-se aparentemente sem corroso, mas, raspando-se a parede interna, retira-se um resduo preto e macio que, quando colocado sobre uma folha de papel branco e atritado, consegue risc-la como se fosse grafite. Mecanismo: Corroso graftica do ferro fundido, originando: Formao dos tubrculos 2Fe + nH2O + 3/2O2 => Fe2O3.nH2O Liberao de grafite-resduo preto e macio. Soluo Revestimento da tubulao com argamassa de cimento. Em fase de projeto de novo sistema de tubulao, uso de tubulao j revestida, ou o uso de ferro dctil ou nodular, que embora no totalmente imune, apresenta maior resistncia corroso graftica. Corroso graftica em tubo de ferro fundido cinzento: parte escura da fotografia.

Fotos da Prtica:

Fe em soluo de HCl 3M: Oxidao do Ferro , devido ao pH cido, originado da clorao: Cl2 + H2O => HCl + HOCl Quando em contanto com HCl, o Ferro(II) sofrer oxidao e formar o cloreto de ferro (II): Fe + 2HCl => FeCl2 + H2 Quando em contanto com HCl, o Ferro(III) sofrer oxidao e formar o cloreto de ferro (III): 2Fe + 6HCl + 3/2O2 => 2FeCl3 + 3H2O FeCl3 + H2O => Fe(OH)3 + 3HCl Ocorre corroso, tendo o parafuso de ferro, que deve ser uma liga, como regio andica.

Fe em soluo de HCl 0,1M:

Fe em soluo de NaOH 2M: No ocorre reao.

Fe em soluo de NaOH 0,1M:

Fe em soluo de NaCl 0,1M: Fe(OH)3 + 3NaCl => FeCl3 + 3NaOH 2FeCl3 + 3H2O => Fe2O3 + 6HCl Aps a formao de HCl, a reao ir ocorrer como descrito nas primeiras fotos, ocorrendo reao corrosiva

Fe em soluo de NaCl saturado:

Bibliografia GENTIL, Vicente. Corroso.LTC. 5 ed. SP, 2007. SCHWEITZER, Philip A. Fundamentals of metallic corrosion.second edition.CRC Press.2010. http://www.paintshow.com.br/pinturaindustrial/Artigos/Fundamentos_da_corros %E3o.pdf (acessado em 27 de maio de 2011) http://www.ztec.ind.br/pdf/principios/principios.pdf (acessado em 27 de maio de 2011)