Slides de Corrosão

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DEFINIÇÃO DE CORROSÃO
Processo inverso da Metalurgia Extrativa, em que o metal retorna ao seu estado original.
Corrosão é a destruição ou deterioração de um material devido à reação química ou eletroquímica com seu meio
Corrosão é a transformação de um material pela sua interação química ou eletroquímica com o meio
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ENGENHARIA DE CORROSÃO
Aplicação de ciência e trabalho para prevenir ou controlar a corrosão de maneira econômica e segura
Princípios químicos e metalúrgicos
Propriedades mecânicas dos materiais
Natureza dos meios corrosivos
Disponibilidade de materiais
Processos de fabricação
Projeto
Ensaios de corrosão
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Resistência à corrosão
Disponibilidade Custo
Material
Resistência Mecânica Aparência
 Processo de Fabricação
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Aspectos eletroquímicos
Aspectos Resistência à Aspectos
Físico-Químicos Corrosão Metalúrgicos
Aspectos 
 Termodinâmicos
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MEIOS DE CORROSÃO
Atmosfera
Principais Parâmetros:
 - materiais poluentes
 - umidade relativa
 - temperatura
 - intensidade e direção dos ventos
 - variações de temperatura e umidade
 - chuvas
 - radiação 
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MEIOS DE CORROSÃO
Classificação:
 - Rural
 - Industrial
 - Marinha
 - Urbana
 - Urbana- Industrial
 - outras combinações
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MEIOS DE CORROSÃO
Meio aquoso
 - Águas naturais: água salgada e água doce
 - gases dissolvidos
 - sais dissolvidos
 - material orgânico
 - bactérias e algas
 - sólidos em suspensão
 - pH e temperatura
 - velocidade da água
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MEIOS DE CORROSÃO
Meio aquoso
 - Águas naturais: água salgada e água doce
 - gases dissolvidos
 - sais dissolvidos
 - material orgânico
 - bactérias e algas
 - sólidos em suspensão
 - pH e temperatura
 - velocidade da água
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MEIOS DE CORRROSÃO
Meios líquidos artificiais: produtos químicos em geral
Solos:
 - aeração, umidade e pH
 - microorganismos
 - condições climáticas
 - heterogeneidades do solo
 - presença de sais, água e gases
 - resistividade elétrica
 - correntes de fuga
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MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
 Célula Eletroquímica: Célula de Daniell
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MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Corrosão: a resistência entre os eletrodos é nula: célula em curto-circuito
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MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Exemplo: reação do zinco na presença de ácido clorídrico
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Zn + 2H+ Zn2+ + H2
Reação de oxidação (anódica): Zn Zn2+ + 2e
Reação de redução (catódica): 2 H+ + 2e H2
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MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
As reações anódica e catódica são reações parciais
Ambas reações acontecem simultaneamente e à mesma velocidade sobre a superfície do metal: não há acúmulo de carga elétrica 
Qualquer reação que pode ser dividida em dois processos parciais de oxidação e redução é denominada reação eletroquímica
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MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Reações catódicas
Evolução de hidrogênio (meios ácidos) 
 2H+ + 2e H2
Redução de oxigênio (soluções ácidas) 
 O2 + 4H+ + 4e 4OH-
Redução de oxigênio (soluções neutra ou básicas) 
 O2 + 2H2O + 4e 4OH-
Redução de íon metálico M3+ + e M2+
Deposição de metal M+ + e M
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MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Metal sofrendo corrosão consiste:
região que cede eletrons dissolução do metal (corrosão) reação anódica
condutor eletrônico 
região que consome eletrons reação catódica
condutor iônico: eletrólito
Teoria de Células Locais 
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MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Fontes de Corrosão Eletroquímica
Heterogeneidades primárias: são inerentes ao material
Impurezas no metal
Ligas
Vérticies e arestas de cristais
Pontos de ruptura de filmes protetore
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MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Heterogeneidades secundárias: não inerentes ao material
Correntes elétricas de fuga
contatos bimetálicos
diferenças no meio corrosivo (aeração, concentração)
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CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
Ciência dos materiais: interpreta as propriedades dos materiais em termos das interações entre átomos e moléculas que constituem o todo do material interpretação parcial do comportamento do material.
Ciência de Superfície: permite explicar falhas inesperadas através da associação com eventos que se dão na superfície
 associação de um defeito em escala atômica na superfície causado por uma reação de superfície e uma tensão aplicada ou residual.
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CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
INTERFACES
Metal: é constituído de partículas carregadas positivas e negativas balanceadas entre si - condutor eletrônico
Filme de umidade: moléculas de água, oxigênio e hidrogênio - condutor iônico
Interface entre um condutor eletrônico e um condutor iônico
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CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
Moléculas de água são dipolos elétricos
 - +
 - +
 - +
 - +
Troca de carga
 + - 2H+ + 2e H2
 + - H2 2H+ + 2e
 + -
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CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
Independentemente da forma como ocorre, sempre que há uma interface, ocorre o carregamento de ambos os lados desta interface, e o desenvolvimento de uma diferença de potencial através da INTERFASE. Esse carregamento ocorre antes que as cargas nas duas fases sejam iguais em magnitude mas de sinais opostos
Todas as interfaces são eletrificadas e as superfícies têm excesso de carga. Esse excesso de carga é que afeta as propriedades de superfície dos materiais fazendo-as desviar daquelas determinadas para o material como um todo.
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CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
Eletroquímica é a ciência que estuda as conseqüências da transferência de cargas elétricas de uma fase para outra
A ciência eletroquímica estuda, principalmente, a situação superficial, particularmente aquelas resultantes das propriedades elétricas da interfase.
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
Sistema Eletroquímico
 - um condutor eletrônico em contato com um condutor iônico (eletrólito) que consiste de ions em movimento
Interações ion- solvente Interações ion-ion
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
Água: estruturalmente é descrita como uma forma quebrada e xpandida do retículo do gelo, havendo um grau considerável de ordem a curta-distância, caracterizada por ligações tetraédricas.
Moléculas que formam o retículo + moléculas livres que se movimentam livremente
A molécula de água é polar - dipolo elétrico
 O que acontece na presença de ions?
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
Ions orientam dipolos
Considerando o ion como uma carga pontual e as moléculas de solvente como dipolos elétricos = interação ion-solvente
Passa a existir uma entidade ion-solvente que se movimenta como uma entidade cinética única
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+
H H
 H
 H
H H
 H
 H
O ion e seu envólucro de moléculas de água são uma entidade cinética única
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
O que acontece a determinada distância do ion?
1. Região primária: região próxima ao ion no qual o campo iônico tenta alinhar os dipolos das moléculas de água
2. Na região distante do ion mantém-se o retículo da água
3. Região secundária: região intermediária, onde a orientação depende da distância com relação ao ion.
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
Essas interações geram a energia de solvatação, ou seja,
a energia de ligação entre ion e solvente:
1. Se o ion está fortemente ligado ao solvente não será fácil a reação de troca de carga
2. Se o ion está fracamente ligado ao solvente a troca de carga será facilitada.
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
Interação ion-ion: depende fortemente da concentração dos ions em solução
1. Para soluções diluídas a interação é do tipo eletrostática
2. Para maiores concentrações, os ions aproximam-se uns dos outros podendo ocorrer a sobreposição das camadas de solvatação: interações do tipo eletrostática e do tipo ion-dipolo
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
Transporte de ion em solução
1. Se houver uma diferença de concentração de ions em regiões distintas do eletrólito: gradiente de concentração, produzindo um fluxo de ions = difusão
 Num sistema eletroquímico: se um eletrodo está doando eletrons a cátions metálicos existirá um gradiente de concentração na direção do eletrodo. A difusão ocorre em direção ao eletrodo
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
2. Se houver diferenças no potencial eletrostático em vários pontos do eletrólito, o campo elétrico gerado produz um fluxo de cargas na direção do campo = condução
campo elétrico = diferença de potencial através da solução
 distância entre os eletrodos
Resultante: a velocidade de chegada dos ions a um eletrodo irá depender do gradiente de concentração e do campo elétrico na solução
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
Difusão: predominante na região próxima à interface
Condução: predominante na região intermediária entre os eletrodos, onde não há gradiente de concentração.
 - os ânions movem-se mais rapidamente que os cátions 
 - para a densidade de corrente total carregada pelos ions dá-se o nome de i, onde
 i = i- + i+
 - número de transporte: t+ = i+/i t- = i-/i
 
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ELETROQUÍMICA BÁSICA
Para cada eletron doado em um eletrodo deve-se ter um ion recebendo eletron no outro: correntes iguais
Fazer com que as correntes sejam iguais em cada eletrodo é papel da difusão. Os gradientes de concentração nos eletrodos irão se ajustar de forma que a corrente seja igual nos dois.
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A DUPLA CAMADA ELÉTRICA
As propriedades da região de fronteira eletrodo/eletrólito são anisotrópicas, e dependem da distância entre as fases.
Ocorre uma orientação preferencial dos dipolos do solvente e excesso de carga na superfície do eletrodo, em decorrência da orientação existente no eletrólito.
Resultado: separação de cargas através da interface eletrodo/eletrólito, embora a interfase seja eletricamente neutra.
Em decorrência da separação de cargas aparece uma diferença de potencial através da fronteira eletrodo/eletrólito
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A DUPLA CAMADA ELÉTRICA
ddp = 1V
Dimensão da interfase = 10 angstrons
Gradiente de potencial = 107 V/cm essência da eletroquímica
Dupla camada elétrica: descrve o arranjo das cargas e a orientação dos dipolos que constituem a interfase na fronteira = interface eletrificada
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A DUPLA CAMADA ELÉTRICA
Para os processos corrosivos a influência da dupla camada recai sobre a velocidade com que esses processos ocorrem. A velocidade de corrosão depende parcialmente da estrutura da dupla camada, isto é, do campo elétrico através da interfase. Sendo assim, a dupla camada influencia a estabilidade das superfícies metálicas e como conseqüência a resistência mecânica desses materiais.