Prop Químicas172

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Propriedades dos Materiais Usados em Engenharia 
Propriedades Químicas: 
 
 características: 
 propriedades; 
 comportamento; 
 limitações de uso dos 
materiais. 
2.1 - Introdução 
Propriedades: 
 Elétricas; 
 Magnéticas; 
 Mecânicas; 
 Térmicas; 
 Físicas; 
 Químicas; 
 Ópticas; 
 Custo. 
Escolha do material a ser utilizado 
Objetivo do capítulo 2: 
Descrever os princípios gerais que 
governam as propriedades dos 
diversos materiais 
escolha criteriosa do material a ser 
empregado. 
Propriedades Químicas 
 Efeitos da radiação sobre os materiais: 
 Normalmente são efeitos danosos como, por exemplo, os causados 
pelos reatores nucleares. A radiação modifica a estrutura dos 
materiais, algumas vezes de forma benéfica, a exemplo da 
fotossíntese, fotografia, raios x, etc. Outras, no entanto, são 
prejudiciais para os materiais e até mesmo para o ser humano. 
• Efeito da Radiação nos materiais  energia extra  facilita a 
ruptura das ligações existentes e o rearranjo dos átomos em novas 
estruturas. 
Exemplos: Em materiais poliméricos, a base de polietileno, a radiação 
causa degradação, como por exemplo, em plásticos ou cabos 
expostos aos raios solares. Em lacres de medidores de energia, a 
radiação UV, assim como o calor e a umidade, causa degradação. 
Propriedades Químicas 
 Corrosão 
Corrosão é a destruição ou deterioração de um material, 
normalmente metálico, devido à reação química ou 
eletroquímica com seu meio, aliado ou não á esforços 
mecânicos. Também pode ser definida como a 
transformação de um material pela sua interação química 
ou eletroquímica com o meio. 
Este fenômeno acontece quando metais combinam-se com 
outras substâncias, por exemplo, oxigênio que está 
presente no ar, água, gases → problemas para a 
engenharia estrutural e dimensional (corrosão). 
A corrosão é um dos principais problemas 
relacionados às propriedades químicas. 
Propriedades Químicas 
Propriedades Químicas 
 Aspectos envolvidos no processo de corrosão: 
 A corrosão é um processo espontâneo → está constantemente 
transformando os materiais de maneira que sua durabilidade e 
desempenho deixam de atender os fins a que se destinavam. 
 
Composto 
(minério) 
+ Energia Metal
Corrosão
Metalurgia
A energia liberada nesta transformação é perdida para o meio 
ambiente. 
 A seguir apresenta-se uma relação que expressa o processo de 
purificação e corrosão, em termos da energia requerida para essa 
finalidade. Os metais nas formas refinadas encontram-se num nível 
energético superior ao do composto que lhe deu origem. 
Processo inverso da 
Metalurgia Extrativa, em 
que o metal retorna ao seu 
estado original. 
 Tipos de corrosão: 
 Corrosão por dissolução - É a corrosão mais simples. Se 
dá através de uma dissolução química – os materiais 
entram em contato com solventes poderosos. Exemplo: 
mangueira de borracha com gasolina que entra em 
contato com hidrocarbonetos solventes. 
 Corrosão eletroquímica (por oxidação eletroquímica) – 
consiste na remoção de elétrons (oxidação) dos átomos de 
um material imerso num meio favorável a reação, 
chamada eletrólito (ou solução iônica). 
 Exemplo: Oxidação do ferro pela umidade – hidróxido 
férrico – ferrugem. 
Propriedades Químicas 
CORROSÃO ELETROQUÍMICA 
 As reações que ocorrem na corrosão eletroquímica 
envolvem transferência de elétrons. Portanto, são 
reações anódicas e catódicas (REAÇÕES DE 
OXIDAÇÃO E REDUÇÃO) 
 A corrosão eletroquímica envolve a presença de 
uma solução que permite o movimento dos íons 
(eletrólito). 
 O processo de corrosão eletroquímica é devido 
ao fluxo de elétrons, que se desloca de uma 
área da superfície metálica para a outra. Esse 
movimento de elétrons é devido a diferença de 
potencial, de natureza eletroquímica, que se 
estabelece entre as regiões. 
 
 
 
 A corrosão metálica é um processo químico. 
 Por exemplo, um metal M de valência n pode se oxidar 
segundo a reação: 
Propriedades Químicas 
Como ocorrem as reações de óxido-redução? 
Verifica-se experimentalmente que os metais apresentam 
diferentes tendências à oxidação. Dessa forma, na 
presença de ar e umidade nota-se que o ferro se oxida 
mais do que níquel, e que o ouro não se oxida. 
 A maior ou a menor capacidade de oxidação de um 
material (metal) depende do seu potencial eletroquímico 
intrínseco. Este potencial depende da maior ou da menor 
capacidade de um metal em ceder elétrons (ou da 
facilidade com que os íons recebem elétrons) . Daí, através 
de experiências é elaborada uma tabela de “potenciais de 
eletrodos”. 
 
Propriedades Químicas 
Unidade: [V] 
Potenciais de eletrodos de metais (propensão à corrosão) 
2.7 – Propriedades Químicas 
O potencial de eletrodo mostra a tendência de uma reação se passar 
no eletrodo, isto é, dá a medida da facilidade com que os átomos do 
eletrodo metálico perdem elétrons ou da facilidade com que os íons 
recebem elétrons. 
Au apresenta potencial de 
eletrodo no extremo 
positivo e K, Na, e Mg 
apresenta potencial de 
eletrodo no extremo 
negativo. 
Quanto mais positivo for o 
potencial, menor será a 
propensão do metal de ser 
corroído. 
- 
 
EXEMPLO: CORROSÃO DO FERRO POR AERAÇÃO 
DIFERENCIADA. 
FE + AR ÚMIDO (OXIGÊNIO MAIS ÁGUA) 
 No ânodo: REGIÃO MENOS AERADA 
Fe (s)  Fe+2 + 2 elétrons E= + 0,440 Volts 
 
 No cátodo: REGIÃO MAIS AERADA 
H2O + ½ O2 + 2 elétrons  2 (OH
-) E= + 0,401 Volts 
 
 Logo: 
Fe+2 + 2 (OH-)  Fe(OH)2 
 
 O Fe(OH)2 continua se oxidando e forma a ferrugem 
2 Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O  2 Fe(OH
-)3 ou Fe2O3.H2O 
 
Propriedades Químicas 
 Como as condições do meio degradam os materiais? 
 É um processo (reação) de oxidação / redução; 
 Pode ser localizada ou uniforme; 
 Formas de eliminar ou minimizar a corrosão: 
 Escolha adequada de materiais e técnicas; 
 Adequação às condições do ambiente; 
 Ajuste às condições de projeto. 
 Custos com a corrosão: 
 prejuízo econômico causado pela substituição das peças 
danificadas pela corrosão. 
 Tipos de controle de oxidação: 
 Proteção por isolamento – recobre-se o material a ser 
protegido por outro que não é atacado pelo meio. 
 Ex: Capa de alumínio sobre o ferro, pintura, ou substâncias 
lubrificantes. 
 Proteção por passivação – adição de materiais que o tornem 
mais resistentes (ligas metálicas), aplicação de camada química 
especial. 
 Para proteger os metais contra corrosão é necessária uma 
parcela adicional de energia, a qual pode ser aplicada de 
diversas formas, dependendo da aplicação do material (por 
ex. um metal). Exemplo: revestimento protetores inibidores 
de corrosão. Os tipos podem ser: 
2.7 – Propriedades Químicas 
 Tipos de controle de oxidação: 
 Proteção catódica – utiliza-se metais que tem maior 
potencial de oxidação. 
 Exemplo: eletrodos de sacrifício, lâminas de Zn para 
proteger as hastes de cobre (são materiais com maior 
potencial de oxidação se comparados com os que se deseja 
proteger). Cita-se como exemplos o Mg (e ligas) e o Zn 
como bons materiais para serem utilizados como hastes de 
sacrifício). 
 
 
2.7 – Propriedades Químicas 
 Anodos de sacrifício: 
2.7 – Propriedades Químicas 
(a) placas de magnésio enterradas ao longo de um oleoduto. (b) placas 
de zinco em casco de navio. (c) barra de magnésio em um tanque 
industrial de água quente. 
 Exemplo de proteção por passivação: aço inoxidável(Fe + C + Cr + 
Ni), película de óxido → passivação. Bronze (Cu + Sn), latão (Cu + 
Zn). 
Camada passiva 
Zona de transição 
Metal base 
Material protegido 
 Seção esquemática de um revestimento galvanizado típico, 
mostrando as camadas de intermetálicos. 
2.7 – Propriedades Químicas 
 Fenômeno da passivação 
 A passivação é causada pela formação de uma película muito fina 
(película passivadora) e aderente de óxido na superfície do metal ou 
liga a qual dificulta a continuidade do processo de corrosão ou 
oxidação. 
Normalmente, o aço inoxidável é capaz de resistir à corrosão, 
graças a uma camada passiva, rica em óxido de cromo que se 
forma na sua superfície. A formação desta capa protetora é 
chamada de camada passiva. No entanto, a abrasão ou o calor 
excessivo - geralmente causados durante a soldagem - destroem 
essa camada protetora, deixando a superfície soldada vulnerável à 
corrosão. 
A passivação ocorre sempre que o cromo contido no aço inoxidável 
entra em contato com o oxigênio presente no ar. Esta reação 
química forma uma camada passiva de óxido de cromo, que oferece 
proteção à superfície do aço inoxidável. Para que seja formada uma 
camada passiva de óxido de cromo espessa e uniforme, é necessário 
que a superfície do material soldado esteja perfeitamente limpa e 
livre de quaisquer contaminantes. 
Abrasão mecânica, tratamento térmico, soldagem, sal, ácidos fortes e 
contaminação galvânica danificam a camada de óxido de cromo e 
causam oxidação indesejada. Para restaurar completamente a 
proteção anticorrosiva do aço inoxidável, a descoloração e outros 
contaminantes devem ser removidos da superfície, a fim de evitar 
qualquer interferência no processo de passivação. 
TIPOS DE CORROSÃO 
Os aços comuns reagem com o meio ambiente, formando uma 
camada superficial de óxido de ferro. Essa camada é 
extremamente porosa e permite a contínua oxidação do aço, 
produzindo a corrosão, popularmente conhecida como “ferrugem” . 
A corrosão de metais é classificado em: 
 
Corrosão em Frestas: 
Corrosão Localizada / Pite / Alveolar: 
Corrosão Galvânica: 
Corrosão Erosão: 
 
EXEMPLOS DE ALGUNS MÉTODOS 
EMPREGADOS NO CONTROLE DA CORROSÃO 
 
 no caso de se utilizarem metais diferentes, 
deve-se tentar isolá-los eletricamente; 
 Esse tipo de corrosão ocorre devido a 
formação de uma pilha eletrolítica quando 
utilizados metais diferentes com potenciais 
diferentes. As peças metálicas podem se 
comportar como eletrodos e promover os 
efeitos químicos de oxidação e redução. 
 Ao lado tem-se um exemplo do que pode 
ocorrer do contato de telhas galvanizadas ou 
de alumínio com a estrutura, da criação de 
furos nas peças estruturais e fixação das 
telhas com parafusos galvanizados. 
 
 
 
Corrosão Galvânica 
Um dado metal pode ser satisfatório em um 
certo meio e praticamente ineficiente em 
outros meios. Por outro lado, várias medidas 
podem ser tomadas no sentido de minimizar a 
corrosão: 
 Prevenção e Controle: Ela é evitada 
através do isolamento dos metais ou da 
utilização de ligas com valores próximos 
na série galvânica. 
 Uma forma muito utilizada é a proteção 
catódica, que consiste em fazer com que 
os elementos estruturais se comportem 
como cátodos de uma pilha eletrolítica 
com o uso de metais de sacrifício. Dessa 
forma, a estrutura funcionará como 
agente oxidante e receberá corrente 
elétrica do meio, não perdendo elétrons 
para outros metais. 
 Ao lado, tem-se um exemplo de 
esquadria metálica afastada da estrutura 
por um material isolante. 
 
EXEMPLOS DE ALGUNS MÉTODOS 
EMPREGADOS NO CONTROLE DA CORROSÃO 
 
Corrosão Galvânica 
EXEMPLOS DE ALGUNS MÉTODOS 
EMPREGADOS NO CONTROLE DA CORROSÃO 
 
 Altamente destrutivo, esse tipo de 
corrosão gera perfurações em peças 
sem uma perda notável de massa e peso 
da estrutura. 
 Pode ser difícil de se detectar quando 
em estágios iniciais, pois na superfície a 
degradação é pequena se comparada à 
profundidade que pode atingir. 
 Ela ocorre normalmente em locais 
expostos à meios aquosos, salinos ou 
com drenagem insuficiente. 
 Pode ser ocasionada pela deposição 
concentrada de material nocivo ao 
aço, por pilha de aeração diferencial 
ou por pequenos furos que possam 
permitir a infiltração e o alojamento de 
substâncias líquidas na peça. 
 
Corrosão localizada 
EXEMPLOS DE ALGUNS MÉTODOS 
EMPREGADOS NO CONTROLE DA CORROSÃO 
 
Corrosão localizada Prevenção e Controle: Para se 
evitar esse ataque, as peças não 
devem acumular substâncias na 
superfície e todos os depósitos 
encontrados devem ser removidos 
durante as manutenções. 
 A intervenção deve ser realizada com 
base no estado em que o processo 
corrosivo se encontra. Deve-se 
efetuar a limpeza no local e se a 
estrutura não estiver comprometida, 
pode-se cobrir o furo aplicando sobre 
ele um selante especial. 
 É importante a experiência do fiscal 
devido a possibilidade de se 
necessitar de uma intervenção mais 
complexa, com reforço da estrutura 
ou até mesmo substituição de peças. 
 
EXEMPLOS DE ALGUNS MÉTODOS 
EMPREGADOS NO CONTROLE DA CORROSÃO 
 
Corrosão por frestas 
 Ocorre em locais que duas superfícies estão em contato ou 
muito próximas (0,025 a 0,1 mm). 
 Devido a tensão superficial da água, esta se aloja nas 
fendas disponíveis e tende a causar pilhas de aeração 
diferencial, onde a concentração de oxigênio nas bordas é 
superior à concentração da área mais interna da fenda, 
fazendo dessa uma região anódica. Como conseqüência, o 
processo de corrosão se concentra na parte mais profunda da 
fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico desse problema. 
 Em geral, esse problema afeta somente pequenas partes da 
estrutura, sendo portanto mais perigosa do que a corrosão 
uniforme, cujo alarme é mais visível. 
 Prevenção e Controle: Se a corrosão estiver em estágio 
inicial, pode-se recorrer à limpeza superficial, secagem do 
interior da fenda e vedação com um líquido selante, 
aplicando-se posteriormente um revestimento protetor. Se a 
corrosão estiver em nível avançado, torna-se necessário 
como nos outros processos o reforço ou substituição de 
peças. 
 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 Os componentes metálicos estão sujeitos a diversos problemas de 
corrosão que afetam a sua funcionalidade 
 
 
Para se obter um desempenho adequado é necessário: 
 
 Selecionar o tipo de material adequado para a função ou meio 
específico; 
 Especificar a proteção anti-corrosiva correta; 
METAIS 
 a deterioração ocorre pela dissolução do material, com ou 
sem a formação de produtos sólidos (óxidos, sulfetos, 
hidróxidos). Esse fenômeno é denominado corrosão. 
 A deterioração também pode ocorrer pela reação em 
atmosferas a alta temperatura, formando camadas de 
óxidos. Esse fenômeno se chama oxidação. Ambos são 
processos eletroquímicos. 
Corrosão e degradação dos materiais 
CERÂMICAS: 
a deterioração (que também pode ser chamada corrosão) 
ocorre somente em temperaturas elevadas ou em ambientes 
muito agressivos. Estes materiais são muito resistentes à 
deterioração. 
POLÌMEROS 
os mecanismos de deterioração são diferentes daqueles dos 
metais e cerâmicas, mencionados acima. A deterioração 
deste tipo de material é denominada degradação. Alguns 
tipos de solventes líquidos podem provocar dissolução ou 
expansão (quando o solvente é absorvido pelo polímero) nos 
polímeros. Podem também ocorrer alterações na estruturamolecular dos polímeros pela exposição a radiações 
eletromagnéticas (luz, raios-X,...) ou calor. 
 
Corrosão e degradação dos materiais