Trabalo sobre Corrosão

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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
FELIPE DE PARIS TERRÃO RA: B09BBA-8
TRABALHO DE QUÍMICA APLICADA 
PILHA E CORROSÃO
SÃO PAULO
2016
FELIPE DE PARIS TERRÃO RA: B09BBA-8
TRABALHO DE QUÍMICA APLICADA 
PILHA E CORROSÃO
 Trabalho apresentado para avaliação 
 na disciplina de Química Aplicada 
 do Curso de Engenharia Civil da
 Universidade Paulista - UNIP
 
 Orientador: Prof Domingos.
SÃO PAULO
2016
SUMÁRIO
	1. INTRODUÇÃO..................................................................................................
	01
	
	
	2. PILHA.................................................................................................................
	02
	 2.1 Estruturas típicas e o modo de funcionamento das pilhas...............................
	02
	 2.2. Principais tipos de pilhas comercializadas.....................................................
	03
	 2.2.1 Zinco/Dióxido de Manganês (Pilha de Leclanché) .....................................
	03
	 2.2.2 Zinco/Dióxido de Manganês (Pilha Alcalina) .............................................
	04
	 2.2.3 Zinco/Mercúrio ............................................................................................
	06
	 2.3 Descarte de Pilhas ..........................................................................................
	07
	
	
	3. CORROSÃO.......................................................................................................
	07
	 3.1 Corrosão eletroquímica....................................................................................
	08
	 3.1 Corrosão química.............................................................................................
	09
	 3.1 Corrosão eletrolítica.........................................................................................
	10
	
	
	CONCLUSÃO..........................................................................................................
	12
	
REFERÊNCIAS.......................................................................................................
	
13
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
		
INTRODUÇÃO
A pilha é um dispositivo de grande importância para a sociedade moderna, visto que a grande maioria dos aparelhos eletrônicos, portáteis ou não, necessitam dela para funcionar.
 No entanto, a produção de pilhas e baterias, aumentou bastante nas últimas décadas, e o modo incorreto de descarte desses dispositivos gera graves problemas ambientais.
Este trabalho abordará a história da pilha, os tipos e de pilhas presente no mercado nacional e as medidas adotadas para o descarte de pilhas.
PILHAS
  A pilha, também conhecida como célula galvânica ou célula eletroquímica, é um dispositivo criado pelo cientista italiano Alessandro Volta, em 1799 e publicada em 1800. A criação desse dispositivo engenhoso é o resultado de uma controvérsia entre Alessandro Volta e Luigi Galvani. 
No ano de 1791 foi publicada uma monografia intitulada de “ De viribus eletricitatis in motu musculari”, cujo autor era Luigi Galvani. Nesta monografia, Galvani retratava suas experiências com rãs dissecadas. Estas contraiam os seus músculos quando eles eram tocados por um arco bi metálico. Galvani, então concluiu em sua monografia que os músculos armazenavam eletricidade e que os nervos a conduziam, funcionando de modo similar a uma garrafa de Leiden. No entanto Volta questionando a suposição de Galvani acreditava que os músculos da rã funcionavam como sensores de algum tipo de eletricidade, cuja origem era externa, e baseando se em outros experimentos acreditava que está eletricidade gerada era o resultado do contanto entre os dois metais diferentes (fundamentando sua hipótese na Teoria da Eletricidade por contato).
Em 1799, Volta, com objetivo de consolidar suas observações acerca da eletricidade gerada pelo contato entre dois metais distintos, realizou um experimento com uma lâmina de prata e outra de zinco e observou com um eletroscópio uma pequena eletricidade gerada pelo contato das lâminas. Tentando aumentar a força elétrica produzida por um único par bi metálico, ele empilhou de forma alternada discos de prata e zinco, deixando sempre as extremidades da pilha com discos compostos por metais diferentes, no entanto ele percebeu que a tensão continuava a mesma, independentemente da quantidade de discos. Passando a considerar os fluidos animais presentes nos experimentos de Galvani, Volta empilhou os pares bi metálicos colocando entre eles um disco constituído de algum material poroso, embebido em uma solução de sal. Deste modo, ele notou que as tensões se somavam; ele acabava de criar a pilha elétrica.
2.1 Estruturas típicas e o modo de funcionamento das pilhas
 
 As pilhas basicamente são constituídas por dois eletrodos. Um deles é chamado de anodo, é onde ocorre a oxidação. O outro é o catodo, onde ocorre a redução. 
Além dos eletrodos, as pilhas de um modo geral apresentam um eletrólito, que consiste em um condutor iônico e pode ser sólido, líquido ou pastoso. 
Quando os eletrodos são conectados por condutor, uma corrente flui pelo circuito, pois o anodo oxida-se de forma espontânea liberando elétrons e o catodo reduz-se utilizando estes elétrons. Deste modo, a corrente que flui pelo circuito e executa algum tipo de trabalho.
2.2. Principais tipos de pilhas comercializadas
As pilhas que são comercializadas são sempre hermeticamente fechadas epossui dimensões padronizadas internacionalmente nas formas cilíndricas (tamanhos AA, AAA, entre outros.), tipo botão e tipo moeda. Além dessas, a forma prismática também pode ser encontrada para aplicações especiais. A preferência pela forma cilíndrica ocorre pela maior facilidade de produção quando comparada com as demais formas.
Zinco/Dióxido de Manganês (Pilha de Leclanché)
Inventada em 1865 pelo engenheiro francês George Leclanché, a pilha seca comum (recebeu tal denominação porque o meio eletrolítico nela presente é uma pasta úmida, que contém íons dissolvidos), como também é conhecida, é comumente utilizada em lanternas, controles remotos, rádios. Ela fornece uma tensão que varia entre 1.5V e 1.74V, a temperatura ambiente. 
O anodo é constituído de zinco metálico e envolve todo o conteúdo da pilha, funcionando como um “recipiente” da pilha. O catodo é um bastão de grafite, localizado no centro da pilha, rodeado por uma mistura de dióxido de manganês e grafite. A pasta úmida (o eletrólito) é constituída de cloreto de amônia, cloreto de zinco e água.
Quando a pilha está em funcionamento, a semi-reação do anodo é:
Os íons Zn 2+ passam para a pasta eletrolítica e os elétrons migram do anodo para o catodo, ocorrendo assim a seguinte reação de redução:
 
 
Seguida por:
 
  
Após um longo período de uso, amônia gasosa formada ao redor do bastão de grafite age como uma camada isolante, o que acarreta em uma drástica redução de voltagem.
O recipiente de zinco vai sendo corroído pelo eletrólito, podendo ser perfurado. Caso isso ocorra, haverá vazamento da pasta com eletrólito que além de tóxica, pode danificar o aparelho.
 
Figura 1: Modelo esquemático da pilha de Zinco/Dióxido de Manganês (Leclanché).
Fonte: Química Novana escola, N°11; 2000. p. 5
2.2.2 Zinco/Dióxido de Manganês (Pilha Alcalina)
 A pilha alcalina é um aprimoramento da pilha de Leclanché. Ela apresenta os mesmos eletrodos de uma pilha seca, no entanto o eletrólito é constituído de uma solução aquosa concentrada de hidróxido de potássio, sendo este o motivo para denominação alcalina. A pilha alcalina fornece um potencial de 1,55V a temperatura ambiente. 
O recipiente externo dessa pilha é confeccionado em chapa de aço para garantir maior vedação e prevenir um possível vazamento do eletrólito altamente cáustico. Portanto, o arranjo dos eletrodos e eletrólito da pilha alcalina é diferente do arranjo de uma pilha de Leclanché. 
A reação que ocorre no catodo é a mesma que o ocorre que na pilha deLeclanché (eq. ii). No entanto, a reação de descarga no anodo consiste na oxidação do zinco em meio básico, resultando em íons de zincato. Quando a solução de hidróxido de potássio é saturada em íons de zincato, o produto da reação de oxidação do zinco passa a ser o hidróxido de zinco:
   
A pilha alcalina apresenta algumas vantagens sobre a pilha de Leclanché, que estão relacionadas à substituição do cloreto de amônio por hidróxido de potássio. Uma delas é a voltagem, que não cai tão violentamente, como na pilha de Leclanché, já que não há a formação da camada isolante de amônia ao redor do catodo de grafite. As pilhas alcalinas também apresentam um tempo de vida útil maior. 
Sob o ponto de vista ambiental, as pilhas alcalinas de zinco/dióxido de manganês apresentam também outra vantagem em relação a pilha de Leclanché, elas não apresentam metais tóxicos como mercúrio, chumbo ou cádmio. 
 
Figura 3: Modelo esquemático de uma pilha de mercúrio.
Figura 2: Modelo esquemático da pilha de Zinco/Dióxido de Manganês (alcalina).
Fonte: Química Nova na Escola, N°11; 2000. p. 5
Zinco/Mercúrio
Conhecida também como pilha de mercúrio, essa pilha possui um anodo de amálgama de zinco e o catodo é constituído de óxido de mercúrio. O eletrólito consiste em uma solução aquosa de hidróxido de potássio, o que classifica a pilha de mercúrio como uma pilha alcalina. A pilha de mercúrio fornece uma tensão de1.3V e é pequena, assemelhando se a um botão. 
A equação da semi-reação do anodo é:
 
A equação da semi-reação do catodo é:
A grande vantagem da pilha de zinco/mercúrio em relação às demais pilhasapresentadas, é que a voltagem nesta pilha permanece constante por mais tempo, enquanto nas outras pilhas secas ela decai com o uso. Essa característica a torna adequada para dispositivos de sensíveis, como por exemplo, aparelhos contra surdez, relógios e instrumentos científicos. 
 
DESCARTE DE PILHAS
As pilhas apresentam em sua composição, diversos tipos de metais pesados e substâncias tóxicas e perigosas, como por exemplo, mercúrio, chumbo, cádmio, níquel, ácido, amônia, entre outras, que apresentam um elevado risco à saúde humana e ao meio ambiente. 
Dentre os metais, os que causam maiores danos à saúde humana é o cádmio, o chumbo e o mercúrio. O mercúrio, o chumbo e o cádmio causam distúrbios renais e neurológicos e deficiências nos órgãos sensoriais, sendo que o último é um agente cancerígeno. 
A resolução n° 401, de 4 de novembro de 2008, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), visando minimizar os impactos gerados ao meio ambiente e à saúde pública, estabelece critérios para o recolhimento e o descarte de pilhas e limites máximos de chumbo, cádmio e mercúrio nas pilhas produzidas em território nacional e importadas. 
De acordo com os art. 4° e 6° do cap.1, os estabelecimentos comerciais (que comercializam as pilhas e baterias) e redes de assistência técnica, autorizadas pelos fabricantes ou importadores, ficaram responsáveis pelo recolhimento de pilhas, e posteriormente irão encaminhar estas para seus respectivos fabricantes ou importadores. 
De acordo com o art. 27 do cap. VI, o não cumprimento das obrigações previstas na resolução sujeitará os infratores às penalidades previstas na legislação.
CORROSÃO
Corrosão é um termo químico bastante empregado no cotidiano para se referir ao processo de destruição total, parcial, superficial ou estrutural de determinado material causado pela ação do meio.
Geralmente, quando se fala nesse assunto a primeira coisa que vem à nossa mente é a corrosão de metais, principalmente a do ferro, gerando a ferrugem. No entanto, outros materiais podem sofrer corrosão, tais como os polímeros e as estruturas feitas de concreto armado.
Realmente, a corrosão está muito presente em nossa sociedade e representa grandes perdas econômicas, pois todo tipo de corrosão está relacionada à diminuição do tempo de vida de um material.
Existem três formas do meio agir sobre o material, degradando-o; por isso, a corrosão é classificada em: eletroquímica, química e eletrolítica. 
 CORROSÃO ELÉTROQUÍMICA
Esse é o tipo de corrosão mais comum, pois é a que ocorre com os metais, geralmente na presença de água. Ela pode se dar de duas formas principais:
(1). Quando o metal está em contato com um eletrólito (solução condutora ou condutor iônico que envolve áreas anódicas e catódicas ao mesmo tempo), formando uma pilha de corrosão.
Exemplo: A formação da ferrugem é um exemplo de corrosão eletroquímica. O ferro se oxida facilmente quando exposto ao ar úmido (oxigênio (O2) e água (H2O)). Essa oxidação resulta no cátion Fe2+, formando o polo negativo (que perde elétrons) da pilha:
Ânodo: Fe(s) → Fe2+ + 2e-
Entre os vários processos de redução que podem ocorrer a mais significativa é a da água:
Cátodo: 2H2O + 2e– → H2 + 2OH–
Enquanto os cátions Fe2+ migram para o polo negativo (cátodo), os ânions OH-migram para o polo positivo (Ânodo) e ocorre a formação do hidróxido ferroso (Fe(OH)2).
Fe2+ + 2OH– → Fe(OH)2
Na presença de oxigênio, esse composto é oxidado a hidróxido de ferro III (Fe(OH)3), que depois perde água e se transforma no óxido de ferro (III) mono-hidratado (Fe2O3 . H2O), que é um composto que possui coloração castanho-avermelhada, isto é, a ferrugem que conhecemos:
2Fe(OH)2 + H2O + 1/2O2 → 2 Fe(OH)3
2Fe(OH)3 → Fe2O3 . H2O + 2H2O
(2). Quando dois metais são ligados por um eletrólito, formando uma pilha galvânica.
Por exemplo, se colocarmos uma placa de cobre e uma de ferro, ambas mergulhadas num eletrólito neutro aerado e postas em contato, formando um circuito elétrico, cada placa se tornará um eletrodo. O ferro será o ânodo, oxidando-se e perdendo elétrons que migram para o cátodo (placa de cobre), que por sua vez, é reduzido. O ânodo sofrerá o desgaste, formando a ferrugem no fundo do recipiente.
 CORROSÃO QUÍMICA
É o ataque de algum agente químico diretamente sobre determinado material, que pode ou não ser um metal. Ela não precisa da presença de água e não há transferência de elétrons como na corrosão eletroquímica.
Exemplos:
* Solventes ou agentes oxidantes podem quebrar as macromoléculas de polímeros (plásticos e borrachas), degradando-os;
* O ácido sulfúrico corrói o zinco metálico;
* Concreto armado de construções pode sofrer corrosão com o passar do tempo por agentes poluentes. Em sua constituição há silicatos, aluminatos de cálcio e óxido de ferro que são decompostos por ácidos, como mostrado na reação a seguir:
3CaO.2SiO2.3H2O + 6HCl → 3CaCl2 + 2SiO2 + 6H2O
 CORROSÃO ELETROLÍTICA
É um processo eletroquímico que ocorre com a aplicação externa de uma corrente elétrica. Esse processo não é espontâneo, ao contrário dos outros tipos de corrosão mencionados acima. Quando não há isolamento ou aterramento, ou estes estão com alguma deficiência, formam-se correntes de fuga, e quando elas escapam para o solo formam-se pequenos furos nas instalações.
Exemplos: Isso acontece em tubulações de água e de petróleo, em canos telefônicos e de postos de gasolina.
CONCLUSÃO	
 A partir da pesquisa realizada para elaboração deste trabalho, foi possível entender melhor, o funcionamentodas pilhas de um modo geral e suas as estruturas, conhecer sua história e perceber sua importância para o desenvolvimento de aparelhos eletrônicos. 
Por meio deste trabalho, foi possível entender a importância do descarte correto de células eletroquímicas, bem como os danos que estas, causam no meio ambiente quando descartas de forma incorreta.
Pode-se observar a extrema importância e atenção que devemos dar à manutenção e proteção dos meios metálicos. A corrosão hoje é um grande problema tanto na indústria quanto nas instalações normais de qualquer cidade, ocasionando enormes prejuízos financeiros e até acidentes. Para evitar este tipo de transtorno, deve-se estudar bem o projeto de construção de qualquer estrutura e avaliar todas as alternativas de proteção cabíveis.
REFERÊNCIAS
BOCCHI, N.;FERRACIN, L.C.; BIAGGIO, S.R. . Pilhas e Baterias: funcionamento e impacto ambiental. Química Nova na Escola, n.11, p. 3-9, 2000.
BRASIL, CONAMA. Resolução n° 401, de 4 de novembro de 2008. Estabelece os limites máximos de chumbo, cádmio e mercúrio para pilhas e baterias comercializadas no território nacional e os critérios e padrões para o seu gerenciamento ambientalmente adequado, revogando a resolução CONAMAn°257/99.
TOLENTINO, M.; ROCHA-FILHO, R.C. . O Bicentenário da Invenção da Pilha Elétrica. Química Nova na Escola, n.11, p.35-39, 200