Artigo sobre corrosão metálica

Prévia do material em texto

PROCESSO DE CORROSÃO METÁLICA E SEUS PRÍNCIPIOS 
QUÍMICOS 
CASE METAL CORROSION AND ITS CHEMICAL PRINCIPLES 
Ana Carolina de Castro Fernandes Alves1 
Rosilanny Soares Carvalho1 
Rita de Cássia Maia Pereira1 
Shara Katerine Moreira Jorge1 
RESUMO: A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica 
pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição, processo que 
resulta na formação de produtos de corrosão e na libertação de energia. Quase sempre, a 
corrosão metálica, está associada à exposição do metal num meio no qual existe a presença de 
moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor. 
A corrosão apresenta-se como uma das causas para diversos problemas em indústrias e 
construção civil tendo em causa, a diminuição durabilidade dos metais e acarretando elevados 
custos financeiros associados a posteriores reparações. Esse artigo trata- se de uma revisão de 
literatura com intuito demonstrar a questão química neste processo. 
Palavras chaves: corrosão, metal e oxidação. 
ABSTRACT: The metal corrosion is the transformation of a metallic material or metal alloy 
by chemical or electrochemical interaction through a given exposure process that results in the 
formation of corrosion products and the release of energy. Almost always, the metal corrosion is 
associated with exposure of metal in an environment in which there is the presence of water 
molecules along with the oxygen gas or hydrogen ions in a conductive medium. The corrosion 
appears as a root cause for many problems in industries and construction with a cause, the 
decrease durability of metals and causing high financial costs associated with future repairs. 
This article is in a literature review aiming to demonstrate the chemical issue in this case. 
Key words: corrosion, metal and rust. 
 
 
 
 
 
 
1 Acadêmicas do curso de engenharia química do Instituto Federal do Norte de Minas Gerais- 
IFNMG. 
 
INTRODUÇÃO 
Corrosão é a destruição ou deterioração de um material devido à reação química 
ou eletroquímica com seu meio (ALMEIDA & PANOSSIAN, 1999). No ambiente, a 
maioria dos metais se interage e forma um sistema termodinamicamente instável, com 
restrição dos metais nobres como ouro, platina e prata. Para outros metais não ocorre 
esse fenômeno, pois eles reagem e transformam- se óxidos e hidróxidos (VAN VLACK, 
1994). 
Os problemas associados à corrosão são de amplo espectro. Dentre eles, pode- se 
destacar a contaminação do produto, perda de material, saúde e segurança. No que diz 
respeito ao ponto de vista econômico, os prejuízos ocasionados pela corrosão trazem 
gastos elevados e desperdícios (MAINIER, GUIMARÃES & MERÇON, 2012). 
De acordo com Calister (2010), quando se trata de metais, devem ser 
consideradas as suas propriedades mecânicas, físicas e químicas, mas é preciso observar 
que enquanto numerosas propriedades podem ser expressas em termos de constantes, as 
características de corrosão dependem das condições ambientais que prevalecem na 
utilização do metal. A importância relativa das propriedades mecânicas, físicas, 
químicas e de corrosão de um metal dependerá em qualquer caso de sua aplicação. 
 
 De acordo com Gentil (2011), corrosão pode ser dividida em três tipos básicos: 
eletroquímica, química e eletrolítica. A corrosão eletroquímica é um processo 
espontâneo em que ocorre uma interação do metal com o eletrólito, ou seja, 
simultaneamente acontecem reações anódicas e catódicas. É o tipo que mais ocorre na 
natureza e se caracteriza por se formar na presença da umidade, sal e oxigênio. Como 
exemplo desse tipo de corrosão, pode- se destacar a formação da ferrugem. 
 
Reação anódica (oxidação): 
Fe Fe2+ + 2e– 
Reação catódica (redução): 
2H2O + 2e
– H2 + 2OH
– 
_________________________ 
Fe2+ + 2OH
– → Fe(OH)2 
A corrosão química também denominada de corrosão seca, por não acontecer em 
meio aquoso, equivale a uma ação de um agente químico diretamente sobre o metal, 
sem a transferência de elétrons. É o caso em que ocorre oxidação ao ar a alta 
temperatura (VAN VLACK, 1994). Um exemplo desse processo é a corrosão de zinco 
metálico em presença de ácido sulfúrico. 
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2
 
A corrosão eletrolítica é caracterizada por um processo eletroquímico com 
utilização de corrente elétrica externa, portanto trata- se de uma corrosão não 
espontânea (VAN VLACK, 1994). Ocorre frequentemente em tubulações de petróleo e 
de água potável. 
Os fatores que mais influenciam a corrosão são ambientais. Dentre eles o pH, o 
meio onde ocorre, temperatura, presença de microorganismos. Quanto mais ácido for o 
meio, mais rápido ocorrerá a corrosão. No fator temperatura, os valores mais altos 
influenciam na rapidez da corrosão. A corrosão microbiológica interfere de forma 
significativa, pois muitos microorganismos aeróbicos participam do processo como 
catalizador (MONGE, 2001). 
 
 
JUSTIFICATIVA 
 
 Estudo destinado à disciplina de Química Geral II, do Instituto Federal do Norte 
de Minas Gerais, como parte integrante do processo avaliativo. A realização tem intuito 
de suprir necessidades avaliativas, assim como mostrar para toda a sociedade da 
Engenharia Química a grande importância da aplicação dos conceitos apreendidos para 
a prática cotidiana do exercício profissional. 
 
RELEVÂNCIA 
 Esse trabalho possui um grau elevado de importância por demonstrar como 
ocorre o processo de corrosão e seus princípios químicos. Demonstra, com toda clareza, 
a correlação entre os conhecimentos da eletroquímica, cinética química, equilíbrio e 
termoquímica. 
 
 
 
METODOLOGIA 
Este estudo constituiu-se de uma revisão da literatura sobre o processo de corrosão 
metálica. Para iniciar a busca das referências, foi acessado o site www.bireme.br e, após 
consulta aos descritores, identificaram-se os seguintes: corrosão, metal, oxidação, corrosion, 
metal, rust, incluindo-se, portanto, publicações nos idiomas português e inglês. 
Foram então acessados, no dia 05 de novembro de 2013, no mesmo site, os bancos de 
dados da Literatura Latino-Americana e do Caribe em Ciências da Saúde (LILACS), desde 
1949 (data de início da coleta de dados do sistema), a Scientific Electronic Library Online 
(SCIELO), desde 2012, utilizando-se as palavras do descritor nos idiomas referentes citados 
acima, tanto no singular como no plural, no campo de busca. 
No SCIELO foram encontradas 17 (quinze) referências, que foram impressas (algumas 
com disponibilidade do título, ano e local de publicação, outras também disponibilizavam o 
resumo). Foram excluídas as repetições (3 referências) e as publicações que não eram 
relacionadas ao assunto (2 referência), resultando em 12 (doze) referências. 
No LILACS foram encontradas 3 (três) referências, que foram excluídas deste estudo 
porque eram referências que já haviam sido catalogadas na base de dados do SCIELO. As nove 
(100%) referências foram, primeiramente, catalogadas e analisadas segundo o tipo de produção 
e o ano de publicação. 
Após a busca e separação dos dados obtidos foi feita uma estrutura textual que descreve 
o processo de corrosão e seus princípios químicos. Esse artigo consiste em associar os 
conhecimentos apreendidos na química com a corrosão metálica, com respaldo na literatura 
científica já existente. 
 
DISCUSSÃO 
 
I. A CORROSÃO DENTRO DOS CONCEITOS DA CINÉTICA 
QUÍMICA 
 
A cinética química em relação a corrosão metálica procura estudar que fatores 
influenciam tanto no aumento da velocidade de corrosão como na diminuição da mesma 
(YURTISIK, 2003) (GENTIL, 2012). 
Dentre os fatores responsáveis pela elevação ou redução da taxa de corrosão de 
uma superfície estão o pH ,a temperatura , alguns tipos de substâncias orgânicas e a 
presença de micro-organismos. Esses últimos citados anteriormente podem agir ora 
como catalizadores,ora como inibidores, dependendo do meio em que se encontram 
(YURTISIK, 2003). 
1.1- pH 
Segundo Gentil (2011,p.113) constatou-se através de experimentos que entre 
pH 4 e 10 a velocidade de corrosão praticamente não varia com a alteração de pH nessa 
faixa. Já em pH extremos observa- se que a velocidade diminui ou aumenta conforme o 
valor. Em meios ácidos com pH<4 acelera-se a velocidade de corrosão do ferro, por 
exemplo. Já em meios de elevada basicidade (pH>10) a taxa de corrosão diminui ,pois 
no caso do ferro por exemplo, ele se transforma em óxidos de ferro na presença de 
álcalis e oxigênio dissolvido. A figura abaixo mostra resumidamente a inferência do pH 
na velocidade do desgaste metálico. 
 
Fig.1.1 Efeito do pH na taxa de corrosão do ferro.(Gentil,2011.p.114) 
1.2-Temperatura 
 Conforme o autor citado anteriormente, o aumento da temperatura no 
intervalo de 20 e 30°C em um meio específico, irá acelerar a corrosão eletroquímica em 
cerca de 30%. Isso ocorre por a elevação da temperatura causar a diminuição da 
polarização e da sob tensão, aumentar a condutividade do eletrólito e da velocidade de 
difusão dos íons, sendo esses últimos responsáveis pela redução na solução. Contudo se 
esse aumento superar os 80°C o efeito será a oposto, ou seja retardará a corrosão, pois 
essa grande elevação de temperatura será responsável pela redução da solubilidade do 
oxigênio e outros gases em solução aquosa ,sendo O2 um dos responsáveis pela 
oxidação do espaço metálico (MAINIER, GUIMARÃES & MERÇON, 2012). 
 
1.3-Substâncias orgânicas 
 Algumas substâncias orgânicas como o Benzotriazol (BTAH), Benzimi- dazol 
(BZM) e extratos de romã e erva mate funcionam como inibidores da deterioração 
metálica em temperatura e pH controlados (CUNHA,2004). 
 Corroborando com as ideias de Cunha (2004), tanto o BTAH como o BZM 
atuam como catalizadores de oxidação em meio ácido contendo 4,5 M de ácido 
sulfúrico. Isso ocorre quando essas substâncias orgânicas são colocadas separadamente 
em contato com o aço 304. Quando ambas as substâncias agem em conjunto passam a 
produzir efeito inverso, ou seja, começam a inibir a oxidação do aço. A informação 
descrita acima pode comprovada pelos dados feitos em uma experiência com esses 
reagentes exposta na tabela seguinte, de acordo com Anunziato (2010): 
Tabela 1-Eficiência inibidora do BTAH e BZM para o aço304 em meio de H2SO4 
BTAH 
mol/L 
BZM 
mol/L 
% 
0 0 0 
10-5 0 -(19±5) 
0 10-3 -(22±5) 
10-5 10-3 +(46±6) 
Fonte: Anunziato (2010) 
 Os extratos orgânicos de erva mate e romã devido as suas propriedades 
antioxidantes apresentaram satisfatória eficiência na inibição da corrosão natural na 
superfície metálica do aço 1020. Ambos os extratos apresentam inibição de corrosão 
acima de 45%,sendo a presença de polifenóis nas suas composições químicas 
responsáveis por esse efeito (ANUNZIATO, 2010). 
1-4 Micro-organismos 
 Outro parâmetro a ser analisado é a presença de micro-organismos que auxiliam 
no aumento da velocidade de deterioração metálica. A bactéria Thiobacillus 
Thiooxidans, por exemplo, foi utilizada na corrosão do aço inoxidável 430 em H2SO4 
1mol L-1 onde se comprovou a formação de biofilme, sendo este ultimo um bloqueador 
se corrosão metálica. Entretanto esse fato apenas fora observado nas primeiras 3 horas 
da experiência, pois após esse tempo o microrganismo citado passou a catalisar a 
corrosão do aço 430 (ANUNZIATO, 2010). 
 
II. A CORROSÃO DENTRO DOS CONCEITOS DA TERMOQUÍMICA 
 
A termodinâmica é um ramo da química que estuda as transformações de 
energia. Não obstante a esse conceito, pode- se aferir que reações corrosivas incorporam 
e liberam energia. Se na transição de um estado para outro ocorrer a liberação de 
energia, a variação de energia livre será negativa. Por outro lado, se nessa mudança 
ocorrer absorção de energia, a variação será positiva (PANOSSIAN, 1993). 
 Nas reações de corrosão, o estudo termodinâmico serve exatamente para saber 
se a reação pode ou não ocorrer de maneira espontânea. Quando a variação de energia 
livre for positiva quer dizer que ela não é espontânea, portanto necessita de 
fornecimento de energia para que ocorra. A reação estará em equilíbrio quando a mesma 
for igual a zero (CASCUDO, 1997). 
 
 
 
A equação acima foi deduzida por Nernst e é muito utilizada para converter 
atividade termodinâmica em concentração. 
A maioria dos metais presentes na natureza, exceto o ouro, platina, prata, 
mercúrio e cobre, em contato com o ar reagem e transformam-se em óxidos, hidróxidos 
ou outras formas semelhantes. Os metais nobres citados anteriormente existem no 
estado com binado, ou seja, na forma de minerais (ou minério), que é 
termodinamicamente estável. A transformação do minério para um metal é realizada por 
processos que envolvem a introdução de energia, usualmente na forma de calor. Assim, 
conhecer a questão da termodinâmica é de fundamental importância para entender o 
processo de corrosão (GENTIL, 2011). 
A energia que é armazenada no metal é perdida ou liberada quando é corroído. A 
quantidade de energia requerida para converter minérios em metais varia de metal para 
metal. Ela é relativamente alta para metais como magnésio e alumínio e baixa para 
metais como ouro e prata. Como decorrência desse fenômeno, para que se tenha o metal 
em equilíbrio estável, é necessário que uma quantidade adicional de energia lhe seja 
cedida de forma contínua, o que é feito por intermédio dos métodos de proteção 
(GENTIL, 2011). 
 
 
 
 
 Figura 2. Esquema comparativo admitindo o fenômeno corrosivo como um processo 
inverso ao metalúrgico. 
 
 A figura 2 esquematiza o ciclo do metal estabelecendo uma relação entre a 
energia utilizada e o processo de corrosão. Conclui- se então que para o metal que está 
sujeito à corrosão permaneça em equilíbrio estável, faz-se necessário a cessão contínua de 
energia em quantidade adequada, como exemplo, através de métodos de proteção 
(GENTIL, 2011). 
 
 
III. CORROSÃO DENTRO DOS PRINCÍPIOS DA ELETROQUÍMICA 
 
 A característica fundamental do mecanismo eletroquímico é que ele só se verifica 
em presença de eletrólito. O eletrolítico é um é toda a substância que, dissociada ou 
ionizada, origina íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions), pela adição de um 
solvente ou aquecimento, desta forma torna-se um condutor de eletricidade. Para que a 
reação de corrosão ocorra, é necessário que ocorram simultaneamente a reação anódica, 
reação de oxidação, que libera elétrons, os quais se deslocam para outros pontos do 
metal onde ocorre a reação catódica, reação de redução, que consome elétrons 
(CASCUDO, 1997) (GENTIL, 2011). 
A reação anódica tem como consequência a dissolução do metal ou 
transformação em outro composto, produzindo-se então a corrosão. Por outro lado a 
reação catódica conduz à redução de espécies presentes no meio, sem a participação do 
metal sobre o qual ela tem lugar, consumindo os elétrons liberados até que as reações 
atinjam o equilíbrio e a corrosão cesse. 
O processo eletroquímico de corrosão pode ser decomposto em três etapas 
principais. A primeira delas é o processo anódico, que retrata passagem dos íons 
metálicos para a solução. Em seguida, o deslocamento dos elétrons e íons, onde 
observa- se a transferência dos elétrons das regiões anódicas para as regiões catódicas. E 
Por fim o processo catódico, que é a recepção de elétrons, na área catódica, por íons ou 
moléculas existentes na solução (BATISTA, 2004). 
Uma reação é considerada eletroquímica se ela estiver associada à passagem de 
corrente elétrica através de uma distância finita, maior do que a distância interatômica. 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Dissocia%C3%A7%C3%A3o_%28qu%C3%ADmica%29
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ioniza%C3%A7%C3%A3o
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Don
http://pt.wikipedia.org/wiki/Solu%C3%A7%C3%A3o
http://pt.wikipedia.org/wiki/ElectricidadeEsta passagem de corrente envolve o movimento de partículas carregadas: íons, elétrons 
ou ambos. Dessa forma, na maioria das reações que se manifestam na presença de uma 
superfície metálica, ocorre a passagem de corrente através do metal, e a reação é 
eletroquímica em sua natureza (YURTISIK, 2003). 
Na maioria das reações eletroquímicas os íons se movimentam através de 
eletrólito líquido, normalmente aquoso. No entanto, em reações de oxidação (por 
exemplo, a reação à temperatura elevada entre um metal e o oxigênio atmosférico) não 
se tem eletrólito líquido e o movimento de íons ocorre através da película de óxido 
metálico que se forma na superfície do metal. Este óxido funciona como um eletrólito 
sólido e garante a natureza eletroquímica da reação (PANOSSIAN, 1993). 
Para que ocorra a corrosão eletroquímica é necessário que tenha uma diferença 
de potencial entre o metal e o meio em que se encontra. O seu aparecimento se baseia 
num princípio geral segundo o qual, sempre que se tem um metal em contato com um 
eletrólito, desenvolve-se entre o metal e o eletrólito um a diferença de potencial elétrico 
que pode ser positiva, negativa ou nula, dependendo do metal das espécies presentes no 
eletrólito, além de outras variáveis (GENTIL 2011). 
A diferença de potencial pode se formar por diversas causas: solicitações 
mecânicas distintas, diferenças de composição química do aço, aeração diferencial, 
concentração salina diferencial. A corrosão eletroquímica pode ocorrer sempre que 
existir heterogeneidade no sistema metálico- meio corrosivo, pois a diferença de 
potencial resultante possibilita a formação de áreas anódicas e catódicas (MAINIER, 
GUIMARÃES & MERÇON, 2012). 
Um material metálico pode apresentar diferença de potencial devido aos 
contornos de grãos, em decorrência da orientação e diferença de tamanhos dos grãos e 
igualmente devido aos tratamentos térmicos e metalúrgicos diferentes. A diferença de 
potencial nos materiais metálicos podem ainda ocorrer devido ao polimento das 
superfícies metálicas, presença de escoriações e abrasões, bordas de superfície metálica, 
entre outros. Já os meios corrosivos também são agregantes para a diferença de 
potenciais devido à existência de diversos nos parâmetros de processo, como 
aquecimento, iluminação, agitação, concentração e aeração (GENTIL 2011). 
 
 
 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 A deterioração e a perda de material devido a ação química ou eletroquímica do 
meio ambiente, aliado ou não a esforços mecânicos pode ser ocasionada por alguns 
meios corrosivos, tais como atmosfera (poeira, poluição, umidade, gases: CO, CO2, 
SO2, H2S, NO2), água (bactérias dispersas: corrosão microbiológica; chuva ácida, etc.), 
solo (acidez, porosidade) e produtos químicos (ATKINS, P. e JONES, 2011). 
 A intensidade do processo de corrosão é avaliada pela carga ou 
quantidade de íons que se descarregam, sendo que a diferença de potencial será mais 
acentuada quanto mais distante estiverem os metais na tabela de potenciais de eletrodo. 
O meio de exposição e o tipo de microrganismo que ataca a superfície metálica 
contribuem de maneira significante com a intensidade do processo (DUTRA & 
NUNES, 1987). 
Assim, faça- se necessário aplicar técnicas que previnam ou até mesmo 
minimizem os efeitos, quando o problema já é existente. Na maioria das vezes, é 
indispensável o emprego de uma técnica anticorrosiva. Os processos mais empregados 
para a prevenção da corrosão são a proteção catódica e anódica, os revestimentos e os 
inibidores de corrosão (NUNES & LOBO, 1990). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
javascript:%20void(0);
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
ALMEIDA, N. L.; PANOSSIAN, Z. Corrosão atmosférica: 17 anos. São Paulo: Ipt, 
1999. 
 
ANUNZIATO, p. et al. A influência do Thiobacillus Thiooxidans na corrosão do aço 
inoxidável 430 em H2SO4 1 mol L-1. REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 63(1): 097-
102, jan. mar. 2010. 
 
ATKINS, P. e JONES, L., Princípios de Química, 5ª. ed., Ed. Bookman, 2011. 
 
BATISTA, M. Semi-pilhas permanentes. Revista recuperar nº 61 Rio de Janeiro, Ed. 
Thomastec, 2004. 
 
CALISTER,W.D.,JR Ciência e engenharia de materiais: Uma introdução. Rio de 
Janeiro: Editora LTC , 2002. 
 
CASCUDO, O. O controle da corrosão de armaduras em concreto – inspeção e 
técnicas eletroquímicas. Goiânia, GO: Editora UFG, 1997. 237p. 
 
CASCUDO, O. Inspeção e Diagnóstico de estrutura de concreto com 
problemas de corrosão de armadura, Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações, 
IBRACON, Cap. 35, p.1071 – 1108, V. 2, ed. Geraldo C. Isaia, São Paulo. 2005. 
 
CUNHA, M. T. Estudo comparativo dos inibidores benzotriazol e tolitriazol na 
oxidação de materiais ferrosos em meio de acido sulfúrico. São Paulo: 2003.63p. 
 
DUTRA, A.C. e NUNES, L.P. Proteção catódica - Técnica de combate à corrosão. 
Rio de Janeiro: Editora Técnica, 1987. 
 
GENTIL, V. Corrosão. 6∘ed. Rio de janeiro: Editora LTC, 2011. 356p. 
 
MAINIER, F.B.; GUIMARÃES, P.I.C. & MERÇON, F. Experimentos utilizados na 
determinação de taxas de corrosão em materiais metálicos. Anais do XXX 
Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia. Piracicaba, SP, 2002. 
 
MONGE, C. A. MAS – uma nova maneira de interromper a corrosão, Revista 
recuperar nº 33, p. 28-33, Rio de Janeiro, Ed. Thomastec, 2001. 
 
NUNES, L.P. e LOBO, A.C.O. Pintura industrial na proteção anticorrosiva. Rio de 
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1990. 
 
 
PANOSSIAN, Z. Corrosão e proteção contra corrosão em equipamentos e 
estruturas metálicas. São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas, 1993. 
 
VAN VLACK, L. H. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. 4. ed. Rio de 
Janeiro: Campus, 1994. 
 
 
YURTISIK, K. et al. Characterization of duplex stainless steel weld metals 
obtained by hybrid plasma-gas metal arc welding. Soldag. insp., Sept 2013, 
vol.18, no.3, p.207-216.