2 Aula síncrona - Corrosão e degradação

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Professor: DSc. Aureliano Xavier 
PLE- 2020.3 
Cabo de Santo Agostinho - PE 
Corrosão e Degradação 
aureliano.xavier@ufrpe.br 
 
1 
mailto:aureliano.xavier@ufrpe.br
Corrosão e Degradação 
Considerações Energéticas 
Ciclo dos metais 
2 
 
Corrosão e Degradação 
Exemplos característicos 
• Redução térmica de minério de ferro, que exige consumo de carbono, 
sob a forma de carvão, e de combustível para se alcançar a temperatura 
de redução de cerca de 1600°C; 
 
 
• Redução eletrolítica de alumina, Al2O3 ,para obtenção de alumínio 
usando-se a criolita, fluoreto de alumínio e sódio, Na3AlF6 . 
 
3 
- Metalurgia 
Corrosão e Degradação 
4 
Fe(s) → Fe
2+ + 2e- (oxidação do ferro) 
O2 + 2H2O + 4e
- → 4OH- (redução do oxigênio) 
2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)2 (equação geral) 
- Corrosão 
Corrosão e Degradação 
5 
Figura 1. Representação esquemática da produção de metal e a consequente corrosão 
 Energia 
 negativa 
Estados de equilíbrio termodinâmico 
Resultado do próprio processo de obtenção 
ENERGIA MAIOR 
Corrosão e Degradação 
Estado de equilíbrio metaestáveI 
e/ou instável 
O que fazer para manter o 
equilíbrio metaestável ? 
6 
Corrosão e Degradação 
7 
Corrosão e Degradação 
Casos benéficos de corrosão 
8 
Corrosão e Degradação 
Casos curiosos de corrosão 
• Gatos causam corrosão em painel automotivo; 
 
 
Corrosão severa nos flanges de aço carbono do painéis; 
Causas: 
• concentração elevada de cloreto, bem acima da encontrada normalmente em 
água salina em transporte marítimo; 
• A urina eliminada pelos gatos escorria pelos painéis e era recolhida no flanges; 
• Com a evaporação da urina aumentava a concentração de cloretos. 
Local: 
9 
Corrosão e Degradação 
• Corrosão associada à urina humana 
 Desagregação da massa de concreto e corrosão da armadura de aço 
Causa: Cloreto de amônia, NH4Cl, presente na urina reage com o hidróxido de cálcio, Ca(OH)2 
10 
Corrosão associada à urina cães 
Corrosão e Degradação 
O Metal e o Meio 
11 
Corrosão e Degradação 
12 
Metal 
Por que o metal é corroído ? 
 ou 
 
Onde o metal ou liga é corroído ? 
Questionamentos 
Corrosão e Degradação 
 
Contornos de grãos, orientação dos grãos e tamanho de grão. 
Fig. Representação esquemática da solidificação do material e a formação dos contornos de 
grão a partir de vários núcleos (Callister, 2002). 
Contornos dos grãos: nos limites dos grãos cristalinos os átomos apresentam certo desarranjo 
decorrente do encontro entre os grãos o que determina frequentemente certas imperfeições 
no interior dos cristais; 
Orientação: os grãos orientados em diferentes direções devem apresentar diferentes 
potenciais. 
 
Heterogeneidade 
Corrosão e Degradação 
Diferença de tamanho dos grãos 
Corrosão e Degradação 
 
15 
Corrosão e Degradação 
16 
Considerações: 
• Contornos de grãos geralmente corroem a uma velocidade maior 
que no interior do grão; 
 
• Grãos com orientações preferenciais também são atacados 
rapidamente; 
 
• A segregação de elementos e compostos intermetálicos são 
regiões preferenciais para ataques corrosivos. 
Meios corrosivos 
 Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são 
responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. O eletrólito é uma 
solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, 
ácidos ou bases. 
Corrosão e Degradação 
• Atmosfera; 
• águas naturais (rios, lagos e do subsolo); 
• água do mar; 
• solos; 
• produtos químicos. 
 
 
 
 
Os meios corrosivos 
18 
 
 
Atmosfera 
 
• o ar contém umidade; 
• sais em suspensão; 
• gases industriais; 
• Poeira; 
• O eletrólito constitui-se da água que condensa na superfície 
metálica, na presença de sais ou gases presentes no ambiente. 
Corrosão e Degradação 
• estas águas podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou 
bases, 
• resíduos industriais, 
• poluentes diversos e gases dissolvidos. 
• O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos. 
Os outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo; 
Águas naturais (rios, lagos e do subsolo) 
Corrosão e Degradação 
Os meios corrosivos 
20 
• solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos 
apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-
se principalmente da água com sais dissolvidos; 
 
 
Corrosão e Degradação 
• água do mar: estas águas contêm uma quantidade apreciável de sais. A água 
do mar em virtude da presença acentuada de sais, é um eletrólito por 
excelência. Outros constituintes como gases dissolvidos, podem acelerar os 
processos corrosivos; 
Os meios corrosivos 
• água do mar: Uma análise da água do mar apresenta em média os seguintes 
constituintes em gramas por litro de água: 
 
Corrosão e Degradação 
Os meios corrosivos 
• produtos químicos: os produtos químicos, desde que em contato 
com água ou com umidade e formem um eletrólito, podem provocar 
corrosão. 
 
Corrosão e Degradação 
Corrosão e Degradação 
 
• a corrosão pode ser definida como um processo de óxido-redução, 
provocado pela diferença de potencial eletroquímico dos elementos 
químicos; 
• Perda de massa pela migração da espécie metálica para espécie iônica. 
Definições “aspecto eletroquímico”: 
Corrosão Metálica 
23 
Corrosão e Degradação 
24 
O que acontece com a interface do metal meio, quando um determinado 
componente metálico é mergulhado em determinado meio ? 
Dupla camada elétrica 
Corrosão e Degradação 
25 
Oxidação e Redução 
Corrosão e Degradação 
26 
Requisitos para o estudo da corrosão 
 
• conhecimentos básicos das reações de oxidação-redução; 
• Potencial de eletrodo; 
• Pilhas eletroquímicas. 
 
Corrosão e Degradação 
Qual metal irá oxidar com maior facilidade 
27 
Corrosão e Degradação 
28 
Corrosão e Degradação 
Considerações Eletroquímica 
• oxidação-redução; 
• potencial de eletrodo; 
• Pilhas. 
 
29 
Corrosão e Degradação 
Reação de oxi-redução(redox) 
• reação química em que há transferência de elétrons; 
• oxidação ocorre quando a espécie química perde elétrons para outra, 
ficando com a carga mais positiva, isto é, o seu nox (número de 
oxidação) aumenta; 
• A redução, por outro lado, é o ganho de elétrons de uma espécie 
química, com a consequente diminuição do nox; 
• a espécie química que reduziu causou a oxidação da outra, por isso, 
ela é denominada de agente oxidante; 
• a espécie química que oxidou causou a redução da outra, por isso, ela 
é denominada de agente redutor. 
 
 
 
 
 
 
Considerações: 
30 
Corrosão e Degradação 
31 
Fenômeno de oxirredução 
Em termos de oxigênio 
Corrosão e Degradação 
32 
Em termos de elétrons 
Em termos de número de oxidação 
Corrosão e Degradação 
33 
Corrosão e Degradação 
34 
Corrosão e Degradação 
Reações de oxirredução (redox) 
Exemplo 1: 
35 
Corrosão e Degradação 
36 
Exemplo 2: 
Corrosão e Degradação 
Exemplo 3: 
Imagine que mergulhemos um prego de aço numa solução aquosa de 
sulfato de cobre (CuSO4(aq)). Com o tempo, notaríamos que a solução que 
era predominantemente azul fica incolor e forma-se um depósito de um 
metal avermelhado sobre o prego. Explique detalhadamente. 
37 
Corrosão e Degradação 
Resumo: 
38 
Corrosão e Degradação 
39 
Corrosão e Degradação 
Equações iônicas de oxidação e redução 
a) um metal M sofre ataque do meio corrosivo constituído de 
solução diluída de H2SO4 ou solução de HCl de acordo com as 
equações 
 
(equação geral de oxidação de um metal M) 
 
 
 (equação geral de redução do íon H+ proveniente da 
dissociação do H2SO4 ou HCl) 
 
 
(equação final de oxiredução) 
 
 
neMM n  
222 HeH 

22/ HnMnHM
n  
40 
Corrosão e Degradação 
Equações iônicas de oxidação e redução 
 Se o metal M for zinco, ferro ou alumínio, tem-se a equação de 
oxidação de
cada um desses metais 
 
 
 
 
 
e as equações de oxiredução que representam a corrosão destes 
metais pelo ácido sulfúrico ou clorídrico são 
 
41 
Corrosão e Degradação 
Exemplo: Uma chapa de zinco comercial mergulhada em ácido sulfúrico 
diluído. 
• No caso de se usar ácido sulfúrico, tem-se a formação dos sulfatos 
dos metais, e no caso do ácido clorídrico, formam-se os cloretos dos 
metais. 
42 
Corrosão e Degradação 
b) um metal M imerso numa solução de ácido oxigenado que tenha o 
ânion oxidante, como o HNO3, não provoca o desprendimento de 
hidrogênio, ocorrendo a oxidação do metal e a redução da parte iônica, 
NO-3 do ácido, Assim, com o zinco observa-se que 
 
Equação na forma molecular 
43 
Corrosão e Degradação 
c) um metal M sob a ação do oxigênio provoca, em geral, a formação dos 
óxidos de acordo com as reações obtidas. 
 
 
 
 
 
 
 E no caso do Zn, Fe e Al os valores de n são respectivamente 2, 2 e 3, 
tendo-se os óxidos correspondentes 
 
ZnO, FeO e Al2O3 
44 
Corrosão e Degradação 
d) Um metal M sob a ação de água e oxigênio provoca em geral 
a formação de hidróxidos. De acordo com as reações obtidas da 
Tabela, tem-se 
 
45 
Corrosão e Degradação 
Formação de Ferrugem 
46 
Corrosão e Degradação 
Equações iônicas de oxidação e redução 
47 
Corrosão e Degradação 
Equações iônicas de oxidação e redução 
48 
Corrosão e Degradação 
Potencial de Eletrodo 
O eletrodo-padrão de hidrogênio 
 Medida da facilidade com que os átomos do eletrodo metálico 
perdem elétrons ou da facilidade com que os íons recebem elétrons. 
49 
Corrosão e Degradação 
50 
Por que a escolha do hidrogênio como eletrodo padrão? 
A escolha pelo hidrogênio como padrão é devido o H+ ser o cátion mais comum em soluções 
aquosas, já que ele se forma pela dissociação da água em 
 
 H2O H
+ + OH- 
Corrosão e Degradação 
Potenciais de eletrodo 
 O eletrodo-padrão de hidrogênio 
Sinal do Potencial: 51 
Corrosão e Degradação 
Potenciais de eletrodo 
52 
Corrosão e Degradação 
Potenciais de eletrodo 
Agentes 
53 
Corrosão e Degradação 
Outros eletrodos de referência 
54 
Corrosão e Degradação 
Até a próxima aula! 
55