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1 UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ CATHERINE SONCINI FRAINER GABRIELA MAYUMI MORI CORROSÃO DO AÇO EM DIFERENTES MEIOS AQUOSOS Itajaí 2018 2 CATHERINE SONCINI FRAINER GABRIELA MAYUMI MORI CORROSÃO DO AÇO EM DIFERENTES MEIOS AQUOSOS Relatório apresentado como requisito para obtenção da nota referente a M2 da disciplina Química, Curso de Engenharia Civil, Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar, pela Universidade do Vale do Itajaí. Profª Marcia Gilmara Marian Vieira Itajaí 2018 3 RESUMO A corrosão é a deterioração de um material, dependendo das ações químicas ou eletroquímicas do meio ambiente, ela é responsável por reduzir a vida útil dos materiais, gerando desperdício de tais, perda econômica e até mesmo a contaminação de produtos. A corrosão eletroquímica é a mais encontrada no meio ambiente devido as reações de oxirredução, onde o número de elétrons perdidos deve ser o mesmo que o de elétrons ganhos. A atividade prática realizada teve como objetivo o aprendizado sobre a corrosão dos metais quando submetidos a diferentes soluções, as formas de degradação, técnicas de medição de pH, como também as medidas de proteção do laboratório. Verificou-se através das reações de oxirredução e das características visuais, mudanças no metal utilizado, gerando alteração na coloração da solução e diferentes precipitados. 4 LISTA DE ILUSTAÇÕES Figura 1 Curva de Polarização Potenciostático ............................................................................... 9 Figura 2 Curva de Polarização Galvanostático ............................................................................... 9 Figura 3 Corrosão Galvânica entre o latão (placa de identificação) e o aço ............................ 10 Figura 4 Tabela de Potenciais - Série Galvânica dos metais em água do mar ........................ 10 Figura 5 Esquema ilustrativo de correntes de fuga de sistema de tração elétrica .................. 11 Figura 6 Corrosão Eletrolítica localizada em tubo de metal ....................................................... 11 Figura 7 Curvas representativas de processos corrosivos .......................................................... 12 Figura 8 Decréscimo de velocidade de corrosão/concentração de oxigênio............................ 13 Figura 9 Efeito do pH na taxa de corrosão do ferro ...................................................................... 13 Figura 10 Exemplo de corrosão uniforme ...................................................................................... 14 Figura 11 Exemplo de corrosão por placas .................................................................................... 15 Figura 12 Exemplo de corrosão alveolar ........................................................................................ 15 Figura 13 Exemplo de corrosão puntiforme ................................................................................... 15 Figura 14 Exemplo de corrosão intergranular ................................................................................ 16 Figura 15 Exemplo de corrosão transganular ................................................................................ 16 Figura 16 Exemplo de corrosão filiforme ........................................................................................ 17 Figura 17 Exemplo de corrosão esfoliação .................................................................................... 17 Figura 18 Exemplo de corrosão grafítica ........................................................................................ 17 Figura 19 Exemplo de dezincificação .............................................................................................. 18 Figura 20 Exemplo de empolamento .............................................................................................. 18 Figura 21 Exemplo do entorno do cordão de solda ...................................................................... 18 Figura 22 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução Al2(SO4)3 23 Figura 23 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução NaCl ...... 24 Figura 24 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução HCl ........ 25 Figura 25 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução AgNO3 ... 26 Figura 26 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução CuSO4 ... 27 Figura 27 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução NaOH .... 28 Figura 28 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução H2SO4 .... 29 Figura 29 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução FeSO4 ... 30 5 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução Al2(SO4)3.......... 22 Tabela 2 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução NaCl ................. 23 Tabela 3 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução HCl ................... 24 Tabela 4 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução AgNO3 .............. 25 Tabela 5 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução CuSO4 ............. 26 Tabela 6 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução NaOH ............... 27 Tabela 7 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução H2SO4 .............. 28 Tabela 8 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução FeSO4 .............. 29 6 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 7 1.1 Objetivo ...................................................................................................................... 21 2 PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................. 21 2.1 Materiais e reagentes ................................................................................................. 21 2.2 Procedimento Experimental........................................................................................ 22 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 22 3.1. Tubo de ensaio 25 - Solução de Al2(SO4)3 (Sulfato de Alumínio) 0,5 M ..................... 22 3.2. Tubo de ensaio 26 – Solução de NaCl (Cloreto de Sódio) 0,5 M ............................... 23 3.3. Tubo de ensaio 27 - Solução de HCl (Ácido Clorídrico) 0,5M .................................... 24 3.4. Tubo de ensaio 28 - Solução de AgNO3 (Nitrato de Prata) 0,5 M .............................. 25 3.5. Tubo de ensaio 29 - Solução de CuSO4 (Sulfato de Cobre) 0,5 M ............................ 26 3.6. Tubo de ensaio 30 – Solução de NaOH (Hidróxido de Sódio) 0,5M .......................... 27 3.7. Tubo de ensaio 31 - Solução de H2SO4 (Ácido Sulfúrico) 7 mol/L ............................. 28 3.8. Tubo de ensaio 32 - Solução de FeSO4 (Sulfato de Ferro) 0,5M ............................... 29 4. CONCLUSÃO .................................................................................................................. 30 7 1. INTRODUÇÃO Corrosão é a deterioração de um material, sujeito ou não a esforços mecânicos dependendo das ações químicas ou eletroquímicasdo meio ambiente. A corrosão é responsável por reduzir a vida útil dos metais e, caso não seja prevenida, um metal pode vir a ser completamente destruído. Se colocados em meios suficientemente agressivos, mesmo materiais considerados resistentes a corrosão, não estão livres da mesma, podendo sofrer processos corrosivos. Problemas corrosivos podem vir a acontecer diariamente caso as condições do local não ideais para os metais no meio envolvido. De acordo com Gentil (1982, p.1) “Os problemas de corrosão são frequentes e ocorrem nas mais variadas atividades, como por exemplo nas indústrias química, petrolífera, petroquímica, naval, de construção civil, automobilística, nos meios de transporte aéreo.” Quando se fala em perdas causadas pela corrosão, refere-se a perda econômica, devido ao alto custo de investimento. De acordo com Vincent Gentil podem ser classificadas em perdas econômicas diretas e indiretas: As perdas diretas podem ser quantificadas e avaliadas com maior facilidade. Pode-se dar como exemplos de perda direta: o custo da substituição de uma peça ou equipamento que sofreu corrosão; custos e manutenções nos processos de proteção contra a corrosão. As perdas indiretas são mais difíceis de serem avaliadas e podem resultar em custos econômicos mais elevados, entre eles pode-se citar: a perda total de um produto devido a corrosão de tubulações; contaminação de produtos; perda de eficiência (e.g.: corrosão em anéis de pistões e paredes de cilindros, provindo em excesso de consumo de óleo e gasolina, incrustações de baixa condutividade térmica e elevada espessura sucedendo em baixa transferência de calor.). A fim de evitar-se desperdício de material, é recomendado um estudo para verificar sua compatibilidade no meio. Deve-se levar em consideração a constituição do material: presença de impurezas, local de extração, composição química, tratamentos térmicos e mecânicos, superfície, união e contato com outros materiais; o meio em que será exposta: impurezas, pH, concentração, composição química, pressão, temperatura, sólidos suspensos; e por fim condições operacionais: 8 solicitações mecânicas, movimento relativo do material, condições de (se for o caso) imersão no meio e meios de proteção contra a corrosão. A corrosão eletroquímica é a mais comumente encontrada no meio ambiente devido as reações de oxirredução. O termo oxirredução pode ser interpretado pelos fenômenos que ocorrem simultaneamente sendo a oxidação: o ganho de oxigênio de uma substância (havendo perda de elétron e aumento de nóx: agente oxidante); e a redução: a retirada de oxigênio de uma substância (havendo ganho de elétron e diminuição de nóx, agente redutor), onde o número de elétrons perdidos deve ser igual ao número de elétrons ganhos. A partir de estudos pode-se notar que os metais oxidam de maneiras, tempos e meios distintos. Um exemplo que pode ser dado é o do ouro e o do ferro - o ouro não oxida na presença de ar e umidade, o ferro por outro lado sim. O cuidado em identificar pontos críticos na complexidade e estudos efetuados agrega valor ao estabelecimento e previsão dos processos corrosivos. Com tal proposito foi criada a tabela de potenciais de eletrodo que indica a ordem preferencial de cessão de elétrodos. O eletrodo - sendo este um sistema formado pelo metal e a solução eletrolítica vizinha ao metal - mostra a tendência de uma reação se passar no eletrodo determinando a facilidade que os átomos do eletrodo metálico perdem elétrons ou a facilidade que os íons recebem elétrons. A modificação do potencial de um eletrodo é chamada polarização e o resultado de uma polarização muda o valor do potencial, o que altera o ponto de equilíbrio, ocasionando o deslocamento do potencial anódico no sentido catódico e vice-versa. A curva de polarização pode ser feita a partir da variação de controle do potencial da corrente (Fig. 1), ou pela variação da intensidade da corrente que circula no sistema (Fig. 2). 9 Figura 1 Curva de Polarização Potenciostático Autor: Silva, Douglas Figura 2 Curva de Polarização Galvanostático Autor: Souza, M.S. A pilhas eletroquímicas são dispositivos capazes de transformar energia química em energia elétrica por meio de reações espontâneas de oxirredução, para qual em seu experimento é utilizado um eletrólito (líquido, contendo íons que transportam corrente elétrica), dois eletrodos (anodo e catodo), e um circuito metálico que faz ligação entre os dois. O eletrodo será anodo quando ocorre a oxidação, sua corrente elétrica entra no eletrólito e forma íons metálicos positivos, enquanto o outro eletrodo será catodo quando sofre redução, sua corrente sai do eletrólito. Podem ser classificadas em: • Galvânica; quando dois metais ou liga metálicas diferentes ficam em contato elétrico na presença de eletrólito • Ação local - acontece devido à heterogeneidade da composição química, textura do material, tensões internas e outras • Ativa passiva - ocorre nos metais que formam película protetora 10 • Concentração iônica diferencial (quando o metal é exposto a concentrações diferentes de seus próprios íons) • Aeração diferencial (concentrações diferentes do teor de oxigênio). A corrosão galvânica (Fig. 3) pode ser definida pela consequente troca de elétrons entre dois materiais metálicos em contato, de diferentes potenciais, em presença de um eletrólito. Sua principal característica é a corrosão localizada próxima a área de acoplamento de materiais diferentes ou dissimilares. Para melhor compreensão de seu funcionamento foram-se criadas tabelas de potenciais eletroquímicos onde quanto mais distantes na tabela de potenciais (Fig. 4) forem os elementos químicos, mais intensa será o processo. Figura 3 Corrosão Galvânica entre o latão (placa de identificação) e o aço Autor: Artigos Asme Figura 4 Tabela de Potenciais - Série Galvânica dos metais em água do mar Autor: Artigos Asme 11 Mesmo com todo o acervo literário encontrado atualmente, nem sempre pode- se encontrar a caracterização potencial de um metal, visto que diferentes meios podem gerar alteração de potencialidade. Sugere-se que para casos ainda desconhecidos uma experiencia com pares metálicos no meio em que irar operar, e quando inevitável a junção de dois metais de potenciais diferentes, procura-se criar um revestimento que irá amenizar a diferença de potenciais e do processo corrosivo. A corrosão eletrolítica diferentemente dos outros processos, não é espontânea e sua corrosão resultante será de alta velocidade e intensidade. Pode ser relacionada a deficiência do isolamento ou aterramento, fazendo a energia penetrar no solo, formando assim correntes de fuga e atingindo instalações metálicas enterradas e através do solo novamente retornar a seu circuito metálico original. A figura 5 abaixo mostra a corrente de fuga de sistema de tração elétrica Figura 5 Esquema ilustrativo de correntes de fuga de sistema de tração elétrica Autor: Cassiano Lobo Pires Esta forma de corrosão é geralmente localizada nas falhar do revestimento protetor das tubulações enterradas, resultando em áreas corroídas de baixa ou sem aderência (Fig. 6). Figura 6 Corrosão Eletrolítica localizada em tubo de metal Autor: Jennifer Fogaça 12 A velocidade de corrosão pode se classificar em velocidade média de corrosão - utilizada para estimar a vida útil de uma estrutura - e velocidade instantânea de corrosão – verifica a necessidade de aumento ou diminuição da concentração de um inibidor em um dado momento. De acordo com Gentil (1982, p. 12) “a velocidade média de corrosãopode-se ser obtida pela medida da diferença de peso apresentada pelo material metálico ou pela determinação da concentração de íons metálicos em solução durante intervalos de tempo de exposição ao meio corrosivo”. Quando a corrosão acontece uniformemente, ensaios de perda de massa, podem dar uma indicação da taxa de corrosão. Figura 7 Curvas representativas de processos corrosivos Autor: GENTIL, p.112 A = produto de corrosão inerte B = produto de corrosão inerte + período relacionado à destruição de película protetora C = produto de corrosão insolúvel aderido à superfície metálica D = produtos solúveis com aumento da área anódica. Fatores que podem influenciar a velocidade da corrosão são: • Aeração do meio corrosivo - o oxigênio funciona como controlador dos processos corrosivos. Portanto o acréscimo da taxa de oxigênio dissolvido em um meio aumentará a velocidade de corrosão, porém quando atingida uma concentração crítica a velocidade de corrosão decresce. Isto ocorre devido a passivação do elemento pelo oxigênio. Na figura 8, pode-se observar que quando o O² atinge uma concentração crítica a velocidade da corrosão decresce; 13 Figura 8 Decréscimo de velocidade de corrosão/concentração de oxigênio Autor: GENTIL, p. 113 • pH - quando o pH de uma solução está entre 4 e 10 a taxa do pH não influenciará na reação, sendo o oxigênio responsável pela difusão da superfície metálica. No caso do pH da solução ser menor que 4 – ou seja, encontrar-se em um meio acido – nota-se o aumento da velocidade de corrosão devido à possibilidade de redução do 𝐻+. A presença do O² neste caso apesar de neste caso não ser fator de controle, é responsável velocidade da reação. Em pH maiores de 10 a taxa de corrosão diminui devido a passivação dos metais. Na figura 9 nota-se o efeito do pH na taxa de corrosão do ferro e o início de desprendimento de 𝐻2; Figura 9 Efeito do pH na taxa de corrosão do ferro Autor: Rodrigo Cardoso Costa 14 • Temperatura: aumento de temperatura resulta na diminuição de polarização e sobretensão, maior condutividade e velocidade de difusão de ions, acelerando a corrosão. Porem em casos pode retardar a corrosão devido a diminuição da solubilidade do oxigênio na água. • Sais dissolvidos – podem aumentar a taxa de corrosão devido a despolarização e aumento de condutividade, ou retardantes devido a precipitação de produtos de corrosão, diminuição da solubilidade de oxigênio, ação inibudora ou passivadora. A corrosão pode ocorrer sob diversas formas, sendo considerado sua aparência ou forma de ataque e as diferentes causa e mecanismos, desse jeito pode haver a corrosão segundo a morfologia, causas ou mecanismos, fatores mecânicos, meio corrosivo ou localização do ataque. A corrosão por morfologia auxilia na elucidação dos mecanismos e no emprego de medidas adequadas de proteção, esta possui diferentes formas com características variadas como: • Uniforme: É uma forma de corrosão eletroquímica que ocorre por toda a extensão da superfície, causando perda de espessura. Também chamada de corrosão generalizada, é uma das mais fáceis de controlar, ver e proteger, sendo a mais comum de ser encontrada (Fig. 10). Figura 10 Exemplo de corrosão uniforme Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Por placas: Esse tipo de corrosão ocorre em regiões da superfície metálica e não em toda sua região, forma placas com escavações devido ao descolamento das mesmas (Fig. 11). 15 Figura 11 Exemplo de corrosão por placas Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Alveolar: Como a corrosão por placas, a corrosão alveolar também é localizada, ocorrendo apenas em algumas regiões da superfície metálica. Produz sulcos ou escavações semelhantes a alvéolos, uma cavidade na superfície de fundo arredondado (Fig. 12). Figura 12 Exemplo de corrosão alveolar Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Puntiforme ou por pite: A corrosão puntiforme ocorre em pontos ou pequenas áreas localizadas na superfície metálica, é a forma mais destrutiva de corrosão, pois é difícil identificá-la já que se forma embaixo da corrosão uniforme, como também o percentual de peso que a estrutura perde é muito pequeno. Provoca cavidades de fundo com forma angulosa e com profundida maior que seu diâmetro. Essa corrosão é favorecida pela presença de cloretos no ambiente e um meio de evita-la é polir a superfície e acrescentar 2% de molibdênio (Fig. 13). Figura 13 Exemplo de corrosão puntiforme Autor: Viviane Kettermann Fernandes 16 • Intergranular: Ocorre entre os grãos da rede cristalina do material metálico, o qual perde suas propriedades mecânicas podendo fraturar, tendo- se então a corrosão sob tensão fraturante. Uma das formas de se evitar esse tipo de corrosão é adicionar titânio na liga para formar carbonetos de titânio (Fig. 14). Figura 14 Exemplo de corrosão intergranular Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Transgranular: Ocorre nos grãos da rede cristalina, causa perda das propriedades mecânicas e gera trincas, pode fraturar à menor solicitação mecânica, também ocorrendo a corrosão sob tensão fraturante (Fig. 15). Figura 15 Exemplo de corrosão transganular Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Filiforme: Se apresentam na forma de finos filamentos que se propagam em diferentes direções e não se ultrapassam, pois em estado coloidal, apresentam carga positiva causando a repulsão. Geralmente ocorre em superfícies metálicas revestidas com tintas ou com metais, possuem tendências a aparecer quando a umidade relativa do ar está acima de 85% em revestimentos mais permeáveis à penetração do oxigênio e água (Fig. 16). 17 Figura 16 Exemplo de corrosão filiforme Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Esfoliação: Ocorre em chapas ou componentes extrudados que tiveram seus grãos alongados e achatados, aparecem em de forma paralela à superfície metálica. O produto da corrosão provoca a separação das camadas, causando a desintegração do material em forma de placas paralelas à superfície. Se apresenta com frequência em ligas de alumínio das séries 2.000, 5.000 e 7.000 (Fig. 17). Figura 17 Exemplo de corrosão esfoliação Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Corrosão grafítica: Apresenta-se em ferro fundido cinzento em temperatura ambiente, normalmente encontrados em esgotos e utilizados para drenagem. A corrosão do ferro metálico resulta no grafite, dando à área corroída um aspecto escuro que pode ser retirada com uma espátula (Fig. 18). Figura 18 Exemplo de corrosão grafítica Autor: Viviane Kettermann Fernandes 18 • Dezincificação: É um exemplo de corrosão seletiva, pois há a preferência pelo zinco e pelo ferro, respectivamente. Ocorre em ligas de cobre- zinco (latões), provocando o aparecimento da coloração avermelhada, resultante do cobre (Fig. 18). Figura 19 Exemplo de dezincificação Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Empolamento pelo hidrogênio: O hidrogênio atômico penetra no material metálico, difundindo-se rapidamente transformando-se em hidrogênio molecular, originando a formação de bolhas (Fig. 19) Figura 20 Exemplo de empolamento Autor: Viviane Kettermann Fernandes • Em torno do cordão de solda: Ocorre em aços inoxidáveis não estabilizados e com teores de carbono acima de 0,03%, observa-se em torno do cordão de solda sob forma esquematizada (Fig. 20) Figura 21 Exemplo do entorno do cordão de solda Autor: Viviane Kettermann Fernandes 19 Há diversas tipos de meios corrosivos, sendo os mais frequentemente encontrados: atmosfera, águas naturais, solo e produtos químicos, alimentos,substâncias fundidas, solventes orgânicos, madeira e plásticos. Quando o material metálico reage ao meio corrosivo, forma uma película passivadora, influenciando na ação corrosiva do meio posteriormente. • Atmosfera: A ação corrosiva na atmosfera depende fundamentalmente dos fatores: umidade relativa, substâncias poluentes, temperatura e tempo de permanência do filme de eletrólito na superfície metálica. Como também da intensidade do vento, variações cíclicas de temperatura e umidade, chuvas e insolação, fazendo com haja três tipos de corrosão atmosférica. A corrosão atmosférica seca ocorre na atmosfera isenta de umidade, possui lenta oxidação do metal e forma produto de corrosão, provoca o escurecimento de prata ou de cobre devido à presença de gás sulfídrico. A corrosão atmosférica úmida ocorre em atmosferas com umidade relativa menor que 100%, possui um fino filme de eletrólitos na superfície metálica e a velocidade do processo corrosivo depende da umidade relativa. A corrosão atmosférica molhada ocorre quando a umidade relativa está próxima a 100%, provocando condensação na superfície metálica, pode-se observar chuva e névoa salina depositados na superfície. • Umidade relativa: A umidade relativa influencia a ação corrosiva de maneira acentuada, pois o ferro em atmosfera de baixa umidade não sofre corrosão, em torno de 60% o processo é lento e acima de 70% é acelerado. Porém quando a umidade atinge um valor crítico, ocorre uma rápida aceleração no processo de corrosão, sendo denominada então como umidade crítica. • Substâncias Poluentes: Partículas sólidas, sob forma de poeira, podem acentuar o processo corrosivo, tendo como exemplo decomposições que retêm a umidade, aumentando o tempo de permanência da água no material metálico e deposição de sais que são eletrólitos fortes, como o sulfato de amônio. No caso dos gases, temos diferentes tipos que se forma na atmosfera sendo provocados principalmente por queima de combustível e fábricas. Temos o gás carbônico e o monóxido de carbono que junto da umidade causam a carbonatação de concreto, causando sua deterioração, o ozônio que é prejudicial à borracha, causando perda de elasticidade, o dióxido 20 de enxofre e trióxido de enxofre que são responsáveis pela chuva ácida, responsável pela corrosão de estruturas metálicas e em concreto, entre outros exemplos. • Águas naturais: A água em contato com materiais metálicos tende a provocar corrosão, dependendo de várias substâncias que podem estar contaminando a mesma como: gases dissolvidos, sais dissolvidos, matéria orgânica de origem animal ou vegetal, bactérias, limo, algas e sólidos suspensos. No caráter corrosivo da água, também deve ser considerado o pH, temperatura, velocidade e ação mecânica, sendo consideradas ações corrosivas da água potável, do mar, de resfriamento e para geração de vapor. • Solo: No solo podem ser encontradas enormes extensões de tubulações enterradas, oleodutos, gasodutos, adutoras como também uma grande quantidade de tanques armazenando combustível, a corrosão destas tubulações pode causar perfurações e gerar vazamento, contaminando o solo e lençóis freáticos, como também a possibilidade de incêndios e explosões. A velocidade da corrosão no solo é determinada por alguns fatores sendo eles: tomada de amostra, características físico químicas, condições microbiológicas e condições operacionais. • Produtos químicos: Deve-se tomar extremo cuidado ao utilizar equipamentos para armazenar ou transportar produtos químicos para que não haja deterioração do equipamento e nem contaminação do produto. Leva-se em conta alguns fatores como a pureza do metal, contato de metais dissimilares, natureza da superfície metálica, pureza do produto químico, concentração, temperatura e aeração. A maioria dos produtos são armazenados em vidro, com exceção do ácido fluorídrico e seus sais e soluções concentradas de hidróxido de sódio. • Alimentos: O efeito corrosivo dos alimentos está ligado à formação de possíveis metálicos tóxicos, podendo alterar características como sabor, aroma ou aparência. Para evitar a deterioração do alimento, são adicionados conservantes como o ácido cítrico, porém esse fato pode gerar a contaminação do produto com chumbo, pois o ácido reage com alguns recipientes metálicos. 21 • Solventes orgânicos: Os solventes orgânicos são compostos com ligações covalentes, sendo assim, não são eletrólitos. Porém a ação da água aquecida ou do vapor d’água sobre alguns solventes pode gerar a formação de ácidos, ocasionando na corrosão de materiais metálicos. • Madeira e Plásticos: Não é frequente a aparição de corrosão em madeira e plásticos, porém sua decomposição pode gerar produtos corrosivos. A madeira pode emitir vapores corrosivos ao sofrer decomposição microbiológica, como o ácido acético e o plástico pode liberar vapores corrosivos ao sofre decomposição microbiológica ou térmica, podendo gerar amônia, borracha clorada ou politetrafluoretileno. A corrosão está presente em nosso dia e que não é possível livra-se dela, porém entendendo o que é a corrosão e como funciona, podem-se aplicar medidas de proteção ou de ameniza mento: como emprego de inibidores, propriedades de metais e projetos, modificações do processo, emprego de revestimentos protetores metálicos e não-metálicos, proteção catódica (para estruturas enterradas ou submersas – resultando em grande polarização catódica) e anódica (aplicação de corrente anódica). E sempre quando desenvolvendo algum projeto deve-se trazer em consideração os cuidados com os materiais utilizados, assim como os meios de manutenção, proporcionando assim maior durabilidade. 1.1 Objetivo A aula prática teve como principal objetivo ensinar os alunos sobre corrosão de metais em soluções de diferentes pHs, formas de degradação, técnicas de medição de pH, assim como medidas de proteção em laboratório. 2 PARTE EXPERIMENTAL 2.1 Materiais e reagentes • Prego de aço • Tubos de ensaio numerados com soluções aquosas: 25. Solução de Al2(SO4)3 (Sulfato de Alumínio) 0,5 M 26. Solução de NaCl (Cloreto de Sódio) 0,5 M 27. Solução de HCl (Ácido Clorídrico) 0,5M 28. Solução de AgNO3 (Nitrato de Prata) 0,5 M 22 29. Solução de CuSO4 (Sulfato de Cobre) 0,5 M 30. Solução de NaOH (Hidróxido de Sódio) 0,5M 31. Solução de H2SO4 (Ácido Sulfúrico) 7 mol/L 32. Solução de FeSO4 (Sulfato de Ferro) 0,5M • Fitas de pH • Pinça 2.2 Procedimento Experimental 1. Em tubos de ensaio foi-se previamente preparado 8 soluções aquosas; 2. Testou-se o pH da primeira substância, Al2(SO4)3 0,5 M, no tubo de ensaio com o uso da fita de pH. Os quatro quadrados da fita foram submergidos na substancia com ajuda de uma pinça. Retirada a fita foi observado e comparadas as cores na fita com cores de uma escala impressa; 3. Repetiu-se o procedimento para as demais substancias; 4. Mergulhou-se um prego de aço a cada tubo de ensaio; foi observado o acontecimento de reações, precipitação e mudança de coloração. Testou-se o pH de cada substancia novamente; 5. Com o passar de 10 minutos, foi-se feita novas observações em relação a reação, cor e precipitação e novamente testado o pH de cada substancia; 6. Com o passar de 30 minutos, repetiu-se o item 5; 7. Com o passar de 7 dias, repetiu-se o item 5. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Tubo de ensaio 25 - Solução de Al2(SO4)3 (Sulfato de Alumínio) 0,5 M Tabela 1 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução Al2(SO4)3 Tempo Inicial 10min após submersão do prego de aço 30min após submersão do prego de aço 7dias apóssubmersão do prego de aço pH 2,0 2,0 2,0 4,0 Coloração Incolor Incolor Incolor Incolor Fonte: Autor 23 Fe → 3Fe 2+ + 2e-- (Oxidação) SO42- + 2e- + 2H+ → SO2 + 2H2O (Redução) Fe + SO42- + 2H+ → Fe2+ + SO2 + 2H2O (Oxirredução) Reação espontânea que se dá pela acidez do sal de alumínio em água. Provoca corrosão generalizada do aço. Acidificação do meio conforme corrói. Figura 22 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução Al2(SO4)3 Fonte: Autor 3.2. Tubo de ensaio 26 – Solução de NaCl (Cloreto de Sódio) 0,5 M Tabela 2 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução NaCl Tempo Inicial 10min após submersão do prego de aço 30min após submersão do prego de aço 7dias após submersão do prego de aço pH 7,0 7,0 7,0 7,0 Coloração Incolor Incolor Incolor Amarelada Fonte: Autor Fe → Fe2+ +2e- (Oxidação) Semirreação de redução desconhecida A reação de redução é complexa, uma vez que o pontapé inicial é a oxidação inicial do aço frente à um meio condutor contendo cloretos. Corrosão lenta, com formação 24 de óxido ferroso pouco aderente ao longo da superfície da liga. O NaCl acelera o processo de corrosão da água com o prego pois aumenta a condutividade da água. Figura 23 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução NaCl Fonte: Autor 3.3. Tubo de ensaio 27 - Solução de HCl (Ácido Clorídrico) 0,5M Tabela 3 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução HCl Tempo Inicial 10min após submersão do prego de aço 30min após submersão do prego de aço 7dias após submersão do prego de aço pH 1,0 1,0 1,0 6,0 Coloração Incolor Incolor Incolor Amarelada Fonte: Autor Fe0 → Fe2+ +2e- (Oxidação) 2H+ + 2Cl- +2e- → H2 + 2Cl- (Redução) Fe0 + 2H+ → Fe2+ + H2 (Oxirredução) Reação de corrosão generalizada do aço frente ao meio ácido, com desprendimento constante de bolhas na superfície do material. Formação de óxido ferroso pouco aderente na superfície da liga e aumento do pH, retardando o processo corrosivo. 25 Figura 24 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução HCl Fonte: Autor 3.4. Tubo de ensaio 28 - Solução de AgNO3 (Nitrato de Prata) 0,5 M Tabela 4 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução AgNO3 Tempo Inicial 10min após submersão do prego de aço 30min após submersão do prego de aço 7dias após submersão do prego de aço pH 7,0 7,0 7,0 7,0 Coloração Incolor Incolor Incolor Incolor Fonte: Autor Fe0 → Fe2+ +2e- (Oxidação) 2Ag+ + 2e- → 2Ag0 (SRR) (Redução) Fe0 + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag0 (Oxirredução) Reação provocada pela redução do íon prata frente ao ânodo ferroso, formando precipitados de prata metálica ao longo da superfície do aço. O resultado esperado não foi obtido devido ao pH encontrado ser diferente do esperado: o meio corrosivo se tornaria colorido devido a presença de íons Fe(II), sendo sua única justificativa o fato da água utilizada não estar totalmente destilada. 26 Figura 25 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução AgNO3 Fonte: Autor 3.5. Tubo de ensaio 29 - Solução de CuSO4 (Sulfato de Cobre) 0,5 M Tabela 5 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução CuSO4 Tempo Inicial 10min após submersão do prego de aço 30min após submersão do prego de aço 7dias após submersão do prego de aço pH 5,0 5,0 5,0 3,0 Coloração Azul Azul Azul Amarelada Fonte: Autor Fe0 → Fe2+ +2e- (Oxidação) Cu2+ + 2e- → Cu0 (Redução) Fe0 + Cu2+ → Fe2+ + Cu0 (Oxirredução) Assim como o ítem 28, é uma reação de redução do íon cobre frente ao ânodo ferroso, formando precipitados de cobre metálico acastanhados ao longo da superfície. O meio corrosivo colore-se com a presença de íons Fe(II), perdendo gradualmente sua coloração azul. 27 Figura 26 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução CuSO4 Fonte: Autor 3.6. Tubo de ensaio 30 – Solução de NaOH (Hidróxido de Sódio) 0,5M Tabela 6 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução NaOH Tempo Inicial 10min após submersão do prego de aço 30min após submersão do prego de aço 7dias após submersão do prego de aço pH 14,0 14,0 14,0 14,0 Coloração Incolor Incolor Incolor Incolor Fonte: Autor Fe0 → Fe2+ +2e- (Oxidação) H2O + 1/2O2 + 2e- → 2(OH)- (Redução) Fe0 + H2O + 1/2O2 → Fe(OH)2 (Oxirredução) Formação de precipitado marrom grumoso (hidróxido ferroso) ao longo da superfície da liga. 28 Figura 27 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução NaOH Fonte: Autor 3.7. Tubo de ensaio 31 - Solução de H2SO4 (Ácido Sulfúrico) 7 mol/L Tabela 7 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução H2SO4 Tempo Inicial 10min após submersão do prego de aço 30min após submersão do prego de aço 7dias após submersão do prego de aço pH 1,0 1,0 1,0 1,0 Coloração Incolor Incolor Incolor Incolor Fonte: Autor Fe0 → Fe2+ +2e- (Oxidação) 2H+ +2e- → H20 (Redução) Fe0 + 2H+ → Fe2+ + H20 (Oxirredução) Meio ácido forte, mas ainda contendo apreciável quantidade de água Análogo ao ítem 27, corrosão generalizada do aço em meio ácido, formação vigorosa de bolhas de hidrogênio e aumento da temperatura do meio. Em concentrações mais altas (meios menos hidratados) poderia ocorrer passivação da superfície da liga, com formação de sulfato de ferro aderente. 29 Figura 28 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução H2SO4 Fonte: Autor 3.8. Tubo de ensaio 32 - Solução de FeSO4 (Sulfato de Ferro) 0,5M Tabela 8 Comparação em relação ao tempo de pH e coloração da solução FeSO4 Tempo Inicial 10min após submersão do prego de aço 30min após submersão do prego de aço 7dias após submersão do prego de aço pH 2,0 2,0 2,0 4,0 Coloração Amarelada Amarelada Amarelada Amarelada Fonte: Autor Fe0 → Fe2+ +2e- (SRO) Fe2+ + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H+ 2H+ +2e- → H2 (SRR) Fe0 + 2H2O → Fe(OH)2 + H2 A força motriz da reação está na regeneração da base fraca ferrosa, tornando o meio ácido. Com isso, há geração de bolhas de hidrogênio e corrosão generalizada da liga. 30 Figura 29 Comparação após 10min, 30 min e 7 dias respectivamente na solução FeSO4 Fonte: Autor 4. CONCLUSÃO Com o experimento pode-se concluir com o auxílio de uma tabela de potenciais que o aço em meios aquosos de potenciais menor que o dele têm tendência a perder elétrons, resultando em distintas oxidações. Portanto é de interesse ter em mãos uma tabela de potenciais indicando a tendência. Em um dos casos apresentados o resultado esperado não foi obtido, pois o pH do AgNO3 (Nitrato de Prata) deveria se ácido, porém o pH encontrado foi 7,0, portanto neutro, sendo a única justificativa para isso ter acontecido é a de que a água utilizada não estava totalmente destilada, influenciando no resultado. Pode-se concluir que a melhor opção é prevenir que a corrosão ocorra, pois ela pode ser extremamente danosa, como podemos ver no caso do item 31 (Ácido Sulfúrico), onde parte do prego se dissolveu, diminuindo seu tamanho. Tais mudanças em um material podem se tornar prejudiciais para uma construção, gerando perda econômica, contaminação de produtos ou até mesmo podendo ocasionar acidentes. 31 REFERÊNCIASCORROSÃO Galvânica. Disponível em: <http://www.asme.eng.br/corrosao-galvanica/>. Acesso em: 02 abr. 2018. COSTA, Rodrigo Cardoso; DACOREGGIO, Michel Volpato; KEJELIN, Norton Zanette. Avaliação da resistência a corrosão de revestimentos metálicos depositados por aspersão térmica a arco: uma aplicação em trocadores de calor. 2014. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0104- 92242014000400002&script=sci_arttext&tlng=pt>. Acesso em: 01 abr. 2018. SOUSA, M; GARCIA, e; CELANTE, V. FORMAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE ELETRODEPÓSITOS DE Zn PROVENIENTES DE PILHAS DE Zn-MnO2 EXAURIDAS. Disponível em: <http://www.abq.org.br/cbq/2009/trabalhos/3/3-486-4405.htm>. Acesso em: 01 abr. 2018. SILVA, Douglas K. da. Benzotriazole and Tolytriazole as Corrosion Inhibitors of Carbon Steel 1008 in Sulfuric Acid.Disponível em: <https://www.researchgate.net/figure/Figura-4- Curvas-de-polarizacao-potenciostatica-anodica-para-o-aco-carbono-ABNT-1008- em_fig1_245573899>. Acesso em: 01 abr. 2018. FERNANDES, Viviane Kettermann. As formas de corrosão. Disponível em: <http://engenheirodemateriais.com.br/2017/04/26/as-formas-de-corrosao/>. Acesso em: 03 abr. 2018. PIRES, Cassiano Lobo. Correntes de Fuga no sistema metroviário. Disponível em: <https://www.slideshare.net/cassiano_pires/pic-wuppertal>. Acesso em: 03 abr. 2018. FOGAÇA, Jennifer. Tipos de Corrosão. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/quimica/tipos-corrosao.htm>. Acesso em: 03 abr. 2018.
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