AULA 6 - FUNDAMENTOS DA CORROSÃO

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TECNOLOGIA INORGÂNICA
AULA 6
 
 
 
 
 
 
 
 
Profª Daniele Cecília Ulsom de Araújo Checo
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CONVERSA INICIAL
Os processos industriais, por fazerem uso de muitos componentes metálicos em seus
maquinários, acabam sujeitos a um processo de deterioração com o passar do tempo, conhecido
como corrosão. Não somente metais são passíveis de corrosão, mas também outros materiais como
concreto, borracha e outros polímeros. Portanto, nessa etapa aprenderemos mais sobre como ocorre
a corrosão, quais os tipos mais comuns de corrosão, os prejuízos causados por ela e algumas técnicas
para inibi-la ou evitá-la.
TEMA 1 – FUNDAMENTOS DA CORROSÃO
Segundo Gentil (2022), podemos definir corrosão como “a deterioração de um material,
geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente associada ou não a
esforços mecânicos” (Gentil, 2022, p. 1). Essa deterioração que observamos é ocasionada por
alterações nas propriedades físico-químicas do material em contato com o ambiente, gerando
mudanças indesejáveis, desgaste, alteração de cor, forma e demais questões estruturais, inutilizando
o material.
Assim como os materiais metálicos (Figura 1), outros insumos também sofrem os efeitos da
deterioração, como concreto, borracha, polímeros e madeira, que devido à ação química do meio
ambiente, sofrem corrosão. De acordo com Gentil (2022), na indústria observamos casos de
deterioração do cimento Portland, empregado em concreto (Figura 2), por ação de sulfato, a perda
de elasticidade da borracha, devido à oxidação por ozônio, a madeira exposta à solução de ácidos e
sais ácidos perde sua resistência devido à hidrólise da celulose, entre outros casos.
Dessa forma, consideramos a corrosão como um fenômeno de superfície, e o produto desse
processo constitui uma barreira entre o interior do material e o meio corrosivo, o que acarreta na
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diminuição da velocidade do processo. Sendo assim, segundo Tolentino (2015), todos os metais estão
sujeitos à corrosão, dependendo do meio em que estão inseridos.
Figura 1 – Processo de corrosão metálica
Créditos: Noomcpk/Shutterstock.
Figura 2 – Processo de corrosão em concreto e armação de ferro em construção
Créditos: Arayan Rattanaphan/Shutterstock.
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Os processos de corrosão se dão por via de reação de oxirredução, na qual ocorre a troca de
elétrons de forma espontânea entre as substâncias participantes, geralmente metais e oxigênio.
Para Gentil (2022), todos os metais estão sujeitos ao ataque corrosivo se o meio for
suficientemente agressivo, dessa forma, é necessário que consideremos os apontamentos acerca de
alguns metais:
O ouro e a platina são praticamente inatacáveis nos meios comuns, mas não são resistentes,
por exemplo, à ação da mistura de ácido clorídrico, HCl e ácido nítrico, HNO3, que constitui a
água-régia;
O alumínio, embora possa resistir aos ácidos oxidantes como o nítrico, não resiste ao ácido
clorídrico e às soluções aquosas de bases fortes, como hidróxido de sódio, além de ser
rapidamente corroído em presença de mercúrio ou sais de mercúrio;
O cobre e suas ligas sofrem corrosão acentuada em presença de soluções amoniacais e em
ácido nítrico;
O titânio sofre corrosão em ácido fluorídrico, embora seja resistente a outros meios ácidos.
Segundo Tolentino (2015), em uma reação de oxirredução, chamamos de agente redutor aquele
que causa a redução de outro reagente, e de agente oxidante aquele que causa oxidação em outro.
Percebemos a transferência de elétrons em uma reação química ao observarmos a variação do
número de oxidação do elemento (Nox), o qual pode aumentar (oxidação) ou diminuir (redução).
Observando o exemplo (Figura 3) de corrosão de uma peça de ferro percebemos a transferência
de elétrons ocorrendo e a variação do número de oxidação.
Figura 3 – Exemplo de corrosão de peça de ferro
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Créditos: Inkoly/Shutterstock.
O ferro varia seu nox de 0 para +3, cedendo elétrons enquanto sofre oxidação, ao passo que o
oxigênio varia de 0 para -2, recebendo elétrons sofrendo redução. Desta forma, podemos classificar o
ferro como agente redutor, e o gás oxigênio como agente oxidante.
TEMA 2 – MECANISMOS DE CORROSÃO
Ao estudarmos os processos corrosivos devemos sempre considerar diferentes variáveis do
processo, como aquelas dependentes do material metálico, do meio corrosivo e das condições
operacionais, pois a análise conjunta das mesmas variáveis possibilita que indiquemos o material
mais adequado para determinados equipamentos ou instalações (Gentil, 2022).
Segundo Tolentino (2015), existem basicamente dois tipos de mecanismos corrosivos: o
eletroquímico e o químico. Apesar de o mecanismo variar de acordo com o tipo de metal e o meio
corrosivo, a corrosão acontece em uma região denominada ânodo por meio da perda de íons
metálicos na superfície.
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2.1 MECANISMO ELETROQUÍMICO
Observamos em tal mecanismo reações químicas que envolvem transferência de carga ou
elétrons por meio de uma interface ou eletrólito. Os elétrons fluem do ânodo, passando pelo
eletrólito, para chegarem até o cátodo, ocorrendo assim desprendimento de íons metálicos na
superfície do ânodo, resultando na corrosão deste, como vemos na Figura 4 (Tolentino, 2015).
De acordo com Gentil (2022), os mecanismos eletroquímicos podem ser observados em
situações como corrosão em água ou soluções aquosas, corrosão atmosférica, corrosão no solo,
corrosão em sais fundidos.
Podemos compreender esse processo por meio do esquema a seguir:
No ânodo, observamos a reação M 0 → M n+ + n e –, em que M é o metal e n é o número de
mols de elétrons que são transferidos;
No cátodo, as reações dependem da composição química do meio e do pH:
Se o meio for ácido, podemos observar redução de íons H+ a gás hidrogênio ou ainda
formação de água;
Se o meio for básico ou neutro, é possível observar formação de íons OH-;
Ou ainda, podemos perceber a redução de íons metálicos conforme a reação M n+ + n e –
→ M 0
Figura 4 – Exemplo de processo de corrosão eletroquímico
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Créditos: Jo Sam Re/Shutterstock.
2.2 MECANISMO QUÍMICO
Nesse tipo de mecanismo, não observamos a troca de elétrons, mas sim a reação do metal, ou
outro material passível de corrosão, com algum componente do meio (Gentil, 2022). São exemplos
de corrosões via mecanismo químico:
Reações do metal com monóxido de carbono: Ni(s) + 4CO(g) → Ni(CO)4(l)
Reações do metal com íons cloreto: M(s) + n Cl–(aq) → MCln(aq)
Reações de formação de organometálicos: Mg + XR → RMg
TEMA 3 – CLASSIFICAÇÃO E TIPOS DE CORROSÃO
As reações de corrosão dos materiais são consideradas heterogêneas (sistemas com duas ou
mais fases) ou reações eletroquímicas que ocorrem, comumente, na superfície de separação entre o
material e o meio corrosivo (Gentil, 2022).
Sendo assim, a corrosão pode acontecer sob diferentes formas, fazendo com que seja
fundamental o conhecimento dessas formas para que assim possamos estudar meios de atenuar ou
prevenir os processos corrosivos.
Destacamos, então, os principais mecanismos de corrosão a seguir:
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Uniforme: quando toda a superfície do material sofre corrosão de forma regular, fazendo com
que a perda de massa seja a mesma em qualquer ponto da amostra;
Em placas: o processo não ocorre em toda a superfície, formando placas em regiões pontuais
do material;
Alveolar: forma pequenas perfurações arredondadas, semelhantes a alvéolos;
Puntiforme oupite: por ser mais difícil de detectarmos, é a corrosão que mais causa danos
materiais, podendo causar perfurações no material;
Intergranular: entre os cristais metálicos, geralmente ocasionada por acúmulo de impurezas;
Intragranular: dentro dos cristais metálicos, gerando fragmentação dos materiais;
Filiforme: em superfícies metálicas revestidas focalizada em regiões em que há riscos ou em
arestas, no formado de filamentos em diferentes sentidos;
Por esfoliação: começando na superfície do metal, mas pode se espalhar abaixo dela;
Em torno do cordão de solda: tipo de corrosão intergranular que podemos observar em volta
dos cordões de solda normalmente de aços
inoxidáveis com teor de carbono maior que 0,03%;
Empolamento por hidrogênio: observamos a penetração de íons hidrogênio entre os átomos
do metal, podendo formar gás hidrogênio, o que resulta em corrosão por formação de bolhas;
Grafítica: observamos o enfraquecimento de ligas de ferro e grafite por corrosão do metal,
resultando em uma estrutura frágil de grafite;
Desineificação: corrosão de zinco em ligas de feitas com ligas de zinco e cobre, conferindo uma
coloração avermelhada à estrutura.
De acordo com Tolentino (2015), tanto a corrosão grafítica quanto a desineificação são
consideradas corrosões seletivas, pois atingem somente um dos componentes da liga. Podemos
observar exemplos dos tipos de corrosão citados na Figura 5 e 6.
Figura 5 – Formas de corrosão
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Crédito: Jefferson Schnaider.
TEMA 4 – TAXA DE CORROSÃO, VELOCIDADE E FATORES QUE
AFETAM A VELOCIDADE DE CORROSÃO
Quando analisamos os processos de corrosão, podemos determinar dois tipos de velocidade: a
velocidade média, que influencia na estimativa do tempo de vida útil do metal ou liga metálica, e a
velocidade instantânea, que nos permite determinar a concentração do inibidor de corrosão a ser
adicionado ao meio.
Determinamos a velocidade média a partir da diferença de massa do metal em determinado
intervalo de tempo ou pela diferença da concentração dos íons provenientes do ânodo (Tolentino,
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2015). Já no caso da velocidade instantânea, precisamos determinar a corrente de corrosão (corrente
anódica) e relacioná-la com perda de massa pela lei de Faraday enunciada a seguir:
Onde,
m = massa perdida pelo metal
K = equivalente do metal (número de elétrons perdidos ou recebidos pelo metal)
i = corrente elétrica (A)
t = tempo (s)
F = constante de Faraday (96500 C)
De acordo com Tolentino (2015), esses métodos são indicados para os casos de corrosão
uniforme, pois como a medida de diferença e massa ou concentração é feita em diferentes pontos do
equipamento, esperamos que a corrosão ocorra de maneira igual em toda a sua extensão.
É importante ressaltarmos que a corrosão pode ser considerada intensa quando o material perde
uma grande quantidade de massa, assim como a corrosão puntiforme que, mesmo com uma perda
de massa muito pequena, apresenta perfurações que comprometem a estrutura do material.
4.1 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE CORROSÃO
Diversos fatores podem vir a alterar a velocidade de corrosão dos materiais, acelerando-a ou
retardando-a. Vamos conhecer alguns dos principais a seguir:
Oxigênio dissolvido: o gás dissolvido em água pode vir a causar corrosão de materiais metálicos
e formação, por sua vez, de óxidos metálicos depositados na superfície do material.
Observamos que o aumento da concentração de oxigênio dissolvido acelera os processos de
corrosão e, por sua vez, a velocidade estaciona quando a concentração fica constante;
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Efeito do pH: observamos velocidades inalteradas de corrosão metálica em faixas de pH entre 4
e 10. Porém, em pH abaixo de 4, percebemos um aumento na velocidade de corrosão, pois
aumenta a disponibilidade de íons H+ no meio passíveis de sofrer redução, enquanto o metal é
oxidado, além do O2 presente no meio. Já em faixas de pH acima de 10 é comum observarmos
a formação de óxidos na superfície do material, formando uma camada protetora que diminui a
velocidade de corrosão;
Efeito da temperatura: ao aumentarmos a temperatura do meio, geralmente, percebemos uma
aceleração do processo de corrosão, pois a polarização é reduzida, aumentando, dessa forma, a
condutividade do eletrólito, o que facilita o fluxo da corrente elétrica;
Efeito de sais dissolvidos: percebemos que sais de alta solubilidade podem vir a aumentar a
velocidade de corrosão, visto que permitem o aumento da condutividade elétrica do meio.
Entretanto, sais menos solúveis podem vir a se depositar sobre a superfície do metal, dessa
forma diminuindo a velocidade de corrosão.
TEMA 5 – PASSIVAÇÃO DE PROCESSOS CORROSIVOS
Segundo Tolentino (2015), a passivação de materiais consiste na formação de uma película
protetora sobre a superfície do metal que auxilia na prevenção de sua corrosão. Nessas condições, o
comportamento eletroquímico do metal sofre alteração, revelando um potencial mais nobre, ou seja,
menos ativo do que o normalmente apresentado (Gentil, 2022). O material sofre então corrosão mais
lenta. Logo, de acordo com Gentil (2022), podemos considerar que:
Um metal ativo na tabela de potenciais, ou uma liga composta de tais metais, é considerado
passivo quando seu comportamento eletroquímico é semelhante ao de um metal menos ativo
ou nobre;
Um metal, ou liga, é considerado passivo quando resiste satisfatoriamente à corrosão em um
meio onde, termodinamicamente, há um decréscimo acentuado de energia livre, associado à
transformação do metal para produtos de corrosão.
Esse processo pode ocorrer de forma natural ou pode ser induzido, melhorando assim a
resistência à corrosão por meio da oxidação em que são usadas substâncias convenientes. O ferro,
por exemplo, quando sofre corrosão devido ao oxigênio dissolvido na água, forma uma película
composta pelo óxido de ferro, que funciona como uma barreira, impedindo que o gás oxigênio
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continue a se difundir e a corroer o restante do material, conforme vemos na Figura 6 (Tolentino,
2015).
Figura 6 – Peças de ferro que sofreram passivação por formação de óxidos
Créditos: Guerilla Punk/Shutterstock.
A formação da película pode ser induzida pela aplicação de correntes e pelo uso de ácidos
fortemente oxidantes, sendo o ácido nítrico o mais usado para esse fim (Tolentino, 2015).
Observamos nas figuras a seguir como varia a velocidade de corrosão em determinado metal.
Figura 7 – Gráfico (a) indicando corrosão metálica
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Fonte: Tolentino, 2015.
Observamos na Figura 7 que a corrosão ocorre quando a superfície metálica não varia, pois o
produto de corrosão é inerte e a concentração do agente corrosivo é constante.
Figura 8 – Gráfico (b) indicando corrosão metálica
Fonte: Tolentino, 2015.
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Na Figura 8 percebemos que a velocidade decresce de acordo com a formação do produto de
corrosão. Isso ocorre quando o produto de corrosão adere à superfície metálica, formando uma
barreira, ou seja, quando ocorre a passivação.
Figura 9 – Gráfico (c) indicando corrosão metálica
Fonte: Tolentino, 2015.
Já na Figura 9 constatamos que a velocidade de corrosão aumenta constantemente, pois o
produto de corrosão é solúvel e a área anódica aumenta, aumentando também a facilidade de
corrosão.
NA PRÁTICA
A corrosão pode acarretar diversos prejuízos, tais como contaminação de produtos, perda de
equipamentos e paralisação de produção para manutenção de equipamentos. É possível, porém,
diminuir a taxa de corrosão desde que sejam conhecidos alguns fatores, como o mecanismo de
corrosão e a composição da liga metálica e do meio corrosivo.
Destaforma, vamos examinar na prática meios de controle e combate ao processo da corrosão.
Discussão
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Ao conhecermos os fatores que permitem a corrosão, podemos propor modificações nos
métodos de produção, na composição do meio corrosivo, na liga metálica ou no uso de
revestimentos, como visto a seguir.
Figura 10 – Proteção com o uso de tintas (polímeros não metálicos)
Créditos: Nakun/Shutterstock.
Figura 11 – Proteção de peças automotivas por cromagem (cromatização)
Créditos: DmytroPerov/Shutterstock.
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Figura 12 – Galvanização de peças metálicas, proteção com fina camada de zinco
Créditos: Bogdan Vija/Shutterstock.
FINALIZANDO
Nesta etapa, conhecemos os diferentes tipos de processos de corrosão, sendo que todos eles
apresentam em comum o desgaste do material estudado. Tal desgaste pode ser ocasionado por
alterações nas propriedades físico-químicas do material em contato com o ambiente, gerando, assim,
mudanças indesejáveis, desgaste, alteração de cor, forma e demais questões estruturais inutilizando o
material.
Compreendemos também que a corrosão é um fenômeno de superfície e que pode ocorrer por
dois mecanismos: eletroquímico – em que se processa a transferência de elétrons, por meio de uma
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oxirredução – ou químico – sem a transferência de elétrons.
Da mesma forma aprendemos que os processos de corrosão têm sua velocidade alterada de
acordo com a concentração de oxigênio dissolvido no meio, a faixa de pH em que o meio se
encontra, a temperatura e a presença de sais dissolvidos ou não no sistema. E, por fim,
compreendemos que a formação de uma camada protetora de óxido metálico gerada na corrosão do
material diminui a velocidade de ocorrência do fenômeno, sendo então chamada de passivação do
metal.
REFERÊNCIAS
GENTIL, V.; CARVALHO, L. J. Corrosão. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2022.
TOLENTINO, N. M. de C. Processos químicos industriais: matérias-primas, técnicas de
produção e métodos de controle de corrosão. São Paulo: Érica, 2015.