Relatório - Cinética de Corrosão

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CARLOS AUGUSTO HORT CANDIDO 
FELIPE DIAS 
GUSTAVO HENRIQUE PELISSARI 
VITOR BIGELLI 
 
 
 
 
 
 
 
CINÉTICA DE CORROSÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LONDRINA 
2016
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
CAMPUS LONDRINA 
ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CINÉTICA DE CORROSÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado para avaliação na 
disciplina de Corrosão e Degradação dos 
Materiais do curso de Engenharia de 
Materiais, da Universidade Tecnológica 
Federal do Paraná, ministrado pelo Prof. 
Dr. Cleberson Cipriano de Paula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
LONDRINA 
2016 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
Figura 1: Sistema reacional montado no experimento... ................................................................. 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 5 
2. OBJETIVOS ............................................................................................................ 6 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................................... 7 
3.1 MATERIAIS............................................................................................ 7 
3.2 METODOLOGIA ..................................................................................... 7 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................ 9 
4.1 TAXA MÉDIA DE CORROSAO ........................................................................ 9 
4.2 TAXA MÁXIMA DE CORROSAO ..................................................................... 9 
5. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 12 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 13 
APENDICE A ............................................................................................................ 14 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
A terminologia cinética química relaciona-se com a velocidade com que as reações 
químicas ocorrem e os fatores que as influenciam. Analogamente a cinética de corrosão está 
relacionada com a velocidade que uma reação de corrosão ocorre, bem como os fatores que 
irão influencia-la. 
Corrosão pode ser definida como a deterioração de um material, geralmente metálico, 
por ação química ou eletroquímica do meio ambiente associada ou não a esforços mecânicos 
[1]. O conhecimento do comportamento de um material quando submetido a condições que 
irão favorecer sua oxidação é de extrema importância, de modo que permite a utilização 
adequada do material a fim de aumentar o seu tempo de vida, bem como prevenir possíveis 
falhas. 
O alumínio é um material amplamente utilizado em projetos de engenharia, sua 
aplicação vai desde rebites para a fixação de chapas metálicas até a construção de blocos de 
motores. Devido a sua ampla aplicabilidade, este material está exposto a uma série de fatores 
que poderão contribuir para a sua corrosão. Assim, é de crucial importância o estudo do 
comportamento do alumínio quando submetido a um meio corrosivo. 
Para o estudo da corrosão do alumínio em meio ácido, um corpo de prova deste 
material foi colocado em HCl e em um intervalo de tempo de 40 minutos, aferiu-se a 
quantidade de gás gerado como produto. 
A quantificação dos fatores relacionados a corrosão do material estudado, foi realizada 
através de uma relação entre a variação de massa da amostra com sua área em um dado 
intervalo de tempo, tal relação é definida como taxa média. Além da taxa média de corrosão, 
temos a taxa máxima, que considera possíveis alterações do meio reacional, alterando a 
cinética da reação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. OBJETIVOS 
 
Com base no conhecimento teórico, compreender na prática o comportamento da 
cinética de corrosão para uma amostra (rebite) de alumínio metálico em um meio corrosivo 
(solução de HCl), e através dos dados obtidos, fazer o levantamento de sua curva cinética, 
através da taxa de corrosão do material. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1 MATERIAIS 
 
 Rebite de Alumínio; 
 Solução de HCl (3M); 
 Pinça; 
 Água; 
 Termômetro; 
 Cronômetro; 
 Paquímetro; 
 Balança; 
 Becker; 
 Frasco de vidro com conta-gotas; 
 Proveta; 
 Tubo plástico flexível; 
 Suporte universal com garra. 
 
 3.2 METODOLOGIA 
 
 Inicialmente, com o auxilio de um paquímetro, as dimensões da amostra: raio externo, 
raio interno e comprimento foram tomadas a fim de obter a área superficial, assim como sua 
massa, registrada em uma balança Shimadzu UX620H. A amostra foi então, devidamente 
higienizada e separada em um local adequado, até a montagem do sistema reacional. 
 A etapa seguinte consistiu na montagem do sistema. Inicialmente, o Becker e a 
proveta foram preenchidos com água. O meio corrosivo foi adicionado no frasco de vidro, em 
um volume aproximado igual a 2/3 da capacidade total do frasco. Na tampa do frasco, uma 
extremidade do tubo flexível foi conectada, enquanto que a outra extremidade foi conectada 
no interior da proveta, de forma a observar o desprendimento de gás. Em um suporte universal 
com garra, a proveta preenchida com água e com uma extremidade do tubo, foi colocada de 
forma invertida, dentro do béquer, para tornar possível a leitura do volume de água deslocado. 
Em seguida, abriu-se a tampa do frasco, a amostra foi introduzida e o frasco vedado 
rapidamente com a tampa. Por fim, um termômetro foi posto em contato com o frasco onde a 
reação acontecia. O sistema reacional montado no experimento é apresentado pela figura 1. 
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Figura 1: Sistema reacional montado no experimento. 
 
 No momento em que a amostra foi introduzida e o frasco fechado, o cronômetro foi 
disparado. Em intervalos de 5 minutos, leituras foram feitas através da graduação da proveta 
de forma a observar o deslocamento de água ocasionado pelo volume de gás coletado que foi 
desprendido. No mesmo intervalo, a temperatura era anotada. 
O período do experimento foi de aproximadamente 40 minutos. Ao fim do 
experimento, a amostra foi novamente pesada, a fim de obter a variação da massa. O meio 
corrosivo foi descartado em local apropriado e o aparato experimental higienizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
4.1 TAXA MÉDIA DE CORROSAO 
Os dados do corpo de prova ensaiado estão apresentados na Tabela 1. 
Tabela 1 - Dados do corpo de prova de alumínio. 
Minicial 0,088 g 
Mfinal 0,027 g 
Área 112,7199 mm² 
FONTE: Elaborada pelo Autor. 
Aplicando tais valores na formula de taxa media de corrosão para um tempo de 40 
minutos, obtêm-se: 
 
 
 
4.2 TAXA MÁXIMA DE CORROSAO 
Os dados obtidos de volume deslocado na proveta em função do tempo, bem como a 
temperatura para cada situação estão apresentados na Tabela 2. 
Tabela 2 - Volume aferido, variação do volume e temperatura para cada tempo do 
experimento 
t (min) V aferido (mL) ∆V (mL) T (oC) 
0 12 0 26,8 
5 12 0 27,2 
10 12 0 27,3 
15 16 4 27,5 
20 30 1827,9 
25 46 34 28,4 
30 63 51 29 
35 83 71 29,5 
40 102 90 30 
FONTE: Elaborada pelo Autor. 
Para a reação de oxidação do alumínio em HCl tem-se a seguinte expressão: 
Al(s) + HCl(aq)  AlCl3(aq) + H2(g) 
Balanceando a reação obtém-se: 
2Al(s) + 6HCl(aq)  2AlCl3(aq) + 3H2(g) 
10 
 
 
Dessa forma, observa-se que a alteração do volume observado na proveta é 
consequência da formação de gás hidrogênio que ocorre durante a oxidação do alumínio em 
acido clorídrico. 
Para determinar a quantidade de alumínio (em massa) que está sendo oxidado, 
inicialmente é necessário descobrir a quantidade de alumínio, em moles, que está sendo 
consumida para produzir tal volume de hidrogênio. Para isso, converte-se a quantidade de H2 
de ml para mols, através da expressão: 
nH2 = ( /MM)*V 
Onde nH2 é o número de mols de H2, é a densidade do gás hidrogênio (0,09 g/L); 
MM é massa molar do gás hidrogênio (2 g/mol); e V é o volume em mL de gás hidrogênio 
gerado. 
Conforme apresentado na reação balanceada, sabe-se que a proporção entre o alumínio 
e o hidrogênio gerado é de 2:3, assim, podendo-se obter o número de mols consumidos de 
Al(s) para cada um dos tempos. 
Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 3. 
Tabela 3 - Numero de mols de H2 gerado e respectivo numero de mols de Al 
consumido em para cada tempo. 
t (min) H2(g) (numero de mols) Al(s) (numero de mols) 
0 0,00E+00 0,00E+00 
5 0,00E+00 0,00E+00 
10 0,00E+00 0,00E+00 
15 1,80E-04 1,20E-04 
20 8,10E-04 5,40E-04 
25 1,53E-03 1,02E-03 
30 2,30E-03 1,53E-03 
35 3,20E-03 2,13E-03 
40 4,05E-03 2,70E-03 
FONTE: Elaborada pelo Autor. 
A partir do numero de mols, determinou-se a massa de Al consumida e, 
posteriormente, dividindo-se tal massa pela área do corpo de prova analisado, plotou-se um 
gráfico de perda de massa por unidade de área em função do tempo. 
O gráfico obtido está apresentado no Apêndice I. 
A partir da análise do gráfico, observou-se que só ocorre formação de hidrogênio 
gasoso passados quinze minutos de imersão do corpo de prova em HCl. Associa-se esse 
tempo, à destruição de uma película protetora pré-existente no material. Descartaram-se os 
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pontos iniciais (t=0, t=5 e t=10) obtendo-se uma reta, da qual o coeficiente angular representa 
a taxa de corrosão máxima do material (visto que o comportamento típico é que a taxa de 
corrosão diminua conforme o tempo passa). 
Analisando então o coeficiente angular da curva de cinética, o valor obtido é 
 
Observa-se que o valor obtido para a taxa de corrosão via analise gráfica é maior 
quando comparada a taxa de corrosão obtida a partir de dados iniciais e finais. Isso ocorre 
pois, além da necessidade de um tempo inicial para que a corrosão comece a gerar perda de 
massa, a formação de outras substâncias no meio reacional afeta a cinética da oxidação em si, 
bem como a diminuição da concentração dos reagentes, aliada ao aumento da concentração 
dos produtos, que tendem a diminuir a velocidade de formação dos produtos. Para tempos 
maiores, a tendência é de que a taxa de corrosão instantânea tenha a cair, até que a equação 
atinja o equilíbrio químico. É possível que a taxa de corrosão diminua até atingir um valor 
nulo, tal situação é presenciada quando o material de análise e/ou meio corrosivo são 
totalmente consumidos, ou quando o produto de corrosão formado é insolúvel, formando uma 
camada protetora sobre a superfície do metal. Tal fenômeno é denominado passivação ou 
proteção anódica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. CONCLUSÃO 
Com os dados e as análises apresentados foi possível concluir que ocorreu a corrosão 
do alumínio através da reação com o ácido clorídrico formando o gás hidrogênio. Foi 
necessário um tempo inicial para que começasse a corrosão devido a uma camada de óxido de 
alumínio que estava na superfície da amostra devido ao processo de oxidação do metal em 
contato com o ar. 
Pode-se também observar que a taxa de corrosão instantânea será superior à taxa de 
corrosão media devido ao tempo inicial necessário para começar a corrosão. 
Observou-se um aumento da temperatura do sistema com o tempo, o que era esperado, 
visto que a reação de oxidação do alumínio é exotérmica. 
Após o cálculo das taxas de corrosão media e instantânea, e a plotagem do gráfico da 
cinética de corrosão, pode-se concluir que os objetivos do experimento foram alcançados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
[1] GENTIL, Vicente. Corrosão. 6. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2012. 360 p. 
 
 
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APENDICE 
APENDICE A - Curva cinética (Al 7075 em HCl 3 mol.L
-1
) 
 
y = 2E-05x - 0,0004 
0,00E+00
1,00E-04
2,00E-04
3,00E-04
4,00E-04
5,00E-04
6,00E-04
7,00E-04
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0
P
er
d
a
 d
e 
m
a
ss
a
 (
g
/c
m
²)
 
Tempo (min)