COLÉGIO SANTA MARIA 2012 – Em busca do BEM VIVER através da FÉ e do AMOR Estudo dirigido de corrosão Curso Técnico em Química Professor: An André Me Medeiros
Disciplina: co corrosão
NOTA:
Data: ___/___/____ MOD III
Aluno(a):_________ Aluno(a):__________________ _________________ __________________ ____________________ __________________ ________________ _________________ _________
Nº:___
Dadas as reações catódicas: Meio neutro ou básico aerado: H 2O + ½ O2 + 2e-→ 2OHMeio neutro não aerado: 2H 2O + 2e- → H2 + 2OHMeio ácido aerado: 2H + + ½ O2 + 2e- → H2O Meio ácido não aerado: 2H + + 2e- → H2 Das reações catódicas acima pode-se tirar algumas importantes conclusões: •
a região catódica torna-se básica (há uma elevação do pH no entorno da área catódica).
•
em meios não aerados há liberação de H2, o qual é absorvido na superfície e responsável pela sobretensão ou sobrevoltagem do hidrogênio. Este fenômeno provoca o retardamento do processo corrosivo e chama-se polarização catódica.
em meios aerados há o consumo do H2 pelo O2, não havendo a sobrevoltagem do hidrogênio. Neste caso não há, portanto, a polarização catódica e haverá, consequentemente, a aceleração do processo corrosivo.
apresentando, no seu 1. As latas de conservas são fabricadas com lâminas de ferro revestidas com estanho e apresentando, interior, uma película de verniz protetor inerte. Um determinado produto com pH = 2 foi embalado, a vácuo, numa dessas latas. No transporte, a lata foi amassada, ocorrendo fratura nos revestimentos de verniz e de estanho, deixando o ferro em contato direto com o produto. Dados os potenciais de redução:
Fe2+ + 2e- → Fe° E° = − 0,44 V Sn2+ + 2e- → Sn° E° = − 0,14 V a) que metal tende a sofrer corrosão? Justifique.
Ferro, porque possui Ered menor que o Ered do estanho. b) escreva as reações anódica e catódica da pilha de corrosão formada. b) anódica: Fe → Fe
2+
+ 2e
+
catódica: 2 H + 2 e- → H2
2. Um parafuso de níquel prende uma porca de cobre. Este sistema foi colocado em um recipiente que contém uma solução diluída e não-oxigenada de ácido clorídrico (HCl). Nesse recipiente ocorre uma reação de oxidação-redução. Para decidir quais são as semi-reações apropriada, são dados os potenciais de redução abaixo:
1
a) Qual dos metais sofre corrosão? Justifique. O Níquel, porque possui menor Potencial padrão de redução que o cobre. b) Escreva a equação balanceada da reação global que está ocorrendo no recipiente.
No parafuso: Na porca: Global:
Ni 2H+ 2e-
Ni
+
2 H+
Ni
2+
(verde)
+ 2e-
H2(g) Ni 2+ (verde) +
E = 0,25V E = 0,00V H2(g)
Δ
= 0,25
c) Calcule o valor da diferença de potencial padrão dessa reação. Δ
= 0,25
d) Cite duas evidências experimentais que indicam a ocorrência de reação química no processo descrito anteriormente. Solução verde e desprendimento gasoso
Explique, detalhadamente (utilizando inclusive semi-reações e equação global) o que ocorre, decorrido certo tempo, numa chapa de ferro, se nela for colocada uma gota de água salgada. Qual o tipo de pilha envolvida no processo?
3.
Haverá corr Haverá corrosã osão o por aer aeraçã ação o dife diferen rencial cial,, com como o con consequ sequênc ência ia da form formação ação de uma pilha de aeração diferencial num meio corrosivo neutro aerado. Esse tipo de pilha se forma devido à diferença nas concentrações de oxigênio. A parte menos aerada, o centro da gota, funcionará como co mo ân ânodo odo da pi pilh lha, a, ce cede dendo ndo el elétr étron onss pa para ra a pa parte rte ma mais is ae aera rada, da, a pe perif rifer eria ia da go gota. ta. Há Há,, porta po rtanto nto,, co corro rrosã são o no ce centr ntro o da go gota. ta. As se semimi-re reaç ações ões e a rea reação ção gl globa oball en envol volvi vida da ne ness sse e processo são: Fe → Fe2+ + 2e- (reação anódica) H2O + ½ O2 + 2e- → 2OH- (reação catódica) Fe + H2O + ½ O2 → Fe2+ + 2OH- (reação global) 4. Qual a diferença exixtente exixtente entre corrosão química e corrosão corrosão eletroquím eletroquímica? ica?
Resposta : Na corrosão química, há interação direta entre o metal e o meio corrosivo, ausência de água líquida e temperaturas, em geral elevadas; já na corrosão eletroquímica, há formação de uma pilha, com circulação de elétrons na superfície metálica, necessariamente presença de água no estado líquido, e a grande maioria ocorre na temperatura ambiente. 5. Que tip tipo de prot prote eção cont contra ra a corro rrosão são ocorre orre qua quando ndo se utiliz iliza a zinc inco como for forma de revestimento de estruturas de ferro? Como ela funciona? Este tipo de proteção é chamado proteção catódica. O zinco, por ter potencial de oxidação maior que o do ferro, tornar-se-á o ânodo da pilha, e o ferro, o cátodo. Portanto, enquanto todo o zinco não nã o so sofr frer er ox oxid idaç ação ão,, a es estr trut utur ura a de fe ferr rro o es esta tará rá pr prot oteg egid ida, a, me mesm smo o qu que e ha haja ja fa falh lhas as no revestimento do zinco. 6. Exp Expliqu lique e por que que placa lacass de aço aço just justap apos osta tass por por rebi rebite tess de cobr cobre e sofr sofrem em corr corros osão ão muit muito o atenuada nas placas de aço quando imersas em água do mar, porém se as placas fossem de cobre 2
e os rebites de aço, a taxa de corrosão dos rebites de aço (área anódica) seria acentuadamente perigosa, pois poderia provocar a ruptura desses rebites. Quando chapas de aço justapostas por rebites de cobre são imersas em água do mar, eletrólito por natureza, este penetrará pelas frestas existentes entre as próprias chapas e entre as chapas e os rebites de cobre. Portanto, devido à diferença de potencial eletroquímico entre o cobre e o ferro ser evidente, haverá corrosão do ferro (maior potencial de oxidação) nas regiões ao redor dos rebites, com uma grande área anódica cedendo elétrons para uma pequena área catódica. Logo, no caso de inverterem-se as posições (chapa de cobre e rebites de aço), teremos o mesmo tipo de corrosão, devido às mesmas causas, porém com oxidação acentuada dos rebites de aço, agora com a exposição de uma pequena área anódica cedendo elétrons para uma grande área catódica,, o que gera corrosão muito mais intensa que no caso anterior. catódica 7. Que tip tipo de prote roteçção contr ontra a a corros rosão oco ocorre rre quan uando se utiliz iliza a tin tinta com como form forma a de revestimento de chapas de ferro? Como ela funciona? A aplicaçã aplicação o de tinta em chapas de ferro inibe a reação anódica do ferro, desde que a mesma esteja sem falhas. Este tipo de proteção é chamado de proteção anódica.
8. Uma peça de aço, contendo em sua superfície uma película protetora constituída por um produto insolúvel de ferro, está mergulhada em um meio neutro não-aerado contendo íons Cl-. Num acidente a peça é riscada e, desta região, o produto insolúvel de ferro é retirado (vide esquema).
a) Indique, no esquema, as regiões anódica (A) e catódica (C) que se formam.
b) Escreva as reações que ocorrem nestas regiões:
Anódica:
Fe
Catódica:
2 H2O
Fe 2+ + 2 e+ 2e-
H2
+
-
2 HO
3
9. Como Como func funcio iona na uma uma pilh pilha a de elet eletro rodo doss dife difere ren ntes tes (pil (pilh ha galvâ alvâni nica ca)? )? Dê um exem exempl plo o de corrosão na prática, onde ela poderia ocorrer. A pilha de corrosão galvânica ocorre quando há o contato elétrico de dois metais diferentes, na pres pr esenç ença a de um me meio io co corro rrosi sivo. vo. Qu Quant anto o ma mais is dis distan tantes tes est estive iverem rem os me metai taiss na ta tabe bela la de poten po tenci ciais ais el eletr etroqu oquími ímicos cos (m (mai aior or a ddp ddp), ), ma mais is in inten tensa sa se será rá a cor corros rosão ão.. O me metal tal com ma maior ior potencial de oxidação funcionará como ânodo da pilha galvânica, cedendo elétrons para o outro metal, o cátodo. Um exemplo na prática seria a aplicação de juntas de cobre em tubulações de ferro que transportem soluções aquosas, havendo corrosão do ferro nas regiões próximas às juntas de cobre. cobre. 10.
O que é corrosão-er -erosão? Corrosão-erosão é a associação dos desgastes eletroquímicos com desgastes mecânicos. Esse tipo tip o de co corro rrosã são o oc ocor orre re no norm rmalm almen ente te com me metai taiss for forma mador dores es de pe pelíc lícul ula a óx óxido ido-p -prot roteto etora ra (passivada) expostos à abrasão de uma substância sólida, líquida ou gasosa, que por sua vez remo re move vem m es essa sa pe pelílícu cula la pr prot otet etor ora, a, ex expo pond ndo o o ma mate teri rial al a um uma a no nova va co corr rros osão ão,, e as assi sim, m, sucessi suc essivame vamente. nte. Por Portant tanto, o, con conclui clui-se -se que a asso associaç ciação ão dess desses es dois proc process essos os inte intensifi nsifica ca o processo corrosivo mais que cada uma das duas agindo isoladamente.
11. Complete lete as seguin uintes tes fra frasses: es: a) Na corrosão eletroquímica a velocidade de oxidação é__ igual _______à velocidade de redução. b) O mar é um meio mais corrosivo que a água doce porque ________ tem mais íons. c) Se um revestimento catódico apresentar apresentar fissuras o metal que se corrói é o metal a proteger d) Um inibidor catódico __________ reduz a velocidade da reação de______ redução. de______ redução. e) Na proteção por ânodo de sacrifício a placa fixada à peça a proteger tem que ter um potencial de_______ oxidação oxidação superior ao metal a proteger. f) O alumínio anodizado é um material que resiste bem à corrosão em determinados meios porque _______________ _______________ tem tem óxido de alumínio na sua superfície que o isola do exterior. 8) Considere as seguintes afirmações. Indique as verdadeiras (V) e as falsas (F). ( F ) Numa reação de oxidação-redução a espécie reduzida perde elétrons. ( F ) A corrosão eletroquímica ocorre em qualquer meio. ( V ) As águas arejadas arejadas facilitam a corrosão corrosão eletroquímica. eletroquímica. ( V ) Na proteção catódica catódica por correntes impostas, impostas, o metal a proteger funciona como cátodo. cátodo. ( F ) Um exemplo de um revestimento anódico é o alumínio anodizado. 12. 12.
Indiqu Indique e se as afirm afirmaçõ ações es aba abaix ixo o são são falsa falsass (F) (F) ou ou verd verdad adei eiras ras (V): (V): Numa célula eletroquímica a solução tem que ser eletrolítica, mas os eletrodos não precisam estar em contato elétrico. FALSO A diferença básica entre pilhas e células eletrolíticas eletrolíticas está em que na primeira o sentido de movimentação das cargas é espontâneo. 2. VERDADEIRO A corrosão pode ser definida como um processo de deterioração deterioração que ocorre nos metais devido à presença de campos de energia existentes na terra de onde é extraído o minério. 3. FALSO
Na corrosão uniforme, tem-se um desgaste aproximadamente igual em toda a superfície do metal, mesmo nas partes onde não houver um contato direto metal / meio corrosivo. 4. FALSO
Pit é uma forma de corrosão localizada que ocorre em algumas combinações específicas: metal / meio corrosivo. 5. VERDADEIRO 4
A diferença entre pit e alvéolo está nas dimensões dimensões da região deteriorada, deteriorada, embora ambas as formas de corrosão sejam localizadas. 6. VERDADEIRO Existem algumas combinações metal / meio corrosivo em que a corrosão aparece na forma de trincas sem que ocorra significativa perda de massa do metal. 7. VERDADEIRO Num processo processo corrosiv corrosivo o podem podem ocorrer ocorrer reações reações catódica catódicass diferente diferentes, s, depende dependendo ndo dos constituintes do meio. 8. VERDADEIRO Quando uma chapa de alumínio alumínio for mergulhada mergulhada numa solução ácida aerada as reações mais prováveis serão: R. Anódica = 2Al → 2Al+3 + 6 e -- R. Catódica = 6H+ + 2 e → 3 H2 9. FALSO Os átomos que constituem a estrutura de um metal estão arrumados de maneira ordenada chamada de CRISTAIS. 10. VERDADEIRO Chama-se de MICROPILHA todo sistema de corrosão ou pilha onde a diferença de potencial entre ânodo e cátodo é devido às impurezas, segregações ou modificações físicas de um metal. 11. VERDADEIRO As origens das micropilhas são heterogeneidades, trabalhos térmicos ou mecânicos oriundos da fabricação do metal. 12. VERDAD VERDADEIRO EIRO Em geral, nos casos de micropilhas, as regiões que sofrem maior corrosão são as localizadas na área de comportamento mais catódico. 13. FALSO Pátina é uma película protetora de óxido que se forma sobre a superfície de aços ao cobre quando expostos a atmosferas agressivas. 14. FALSO A dezincificação dezincificação é uma forma de corrosão seletiva de ligas metálicas que contém cobre na sua composição química. 15. FALSO Para as ligas ferrosas, em geral, quanto maior o pH do meio maior será a taxa de corrosão. 16. FALSO
O fenômeno da passivação pode ser definido como a redução da taxa de corrosão de um metal devido à formação de um filme protetor na superfície do metal, com características protetoras. 17. VERDADEIRO Em solos com aeração diferente os metais localizados nas áreas com menor aeração terão maior taxa de corrosão. 18. VERDADE VERDADEIRO IRO 13. Em uma uma fábric fábrica a foi feita feita uma uma tubu tubulaç lação ão de ferro ferro cont conten endo do junta juntass (liga (ligação ção entre entre tubos tubos de de ferro) ferro) feita feitass de cobre cobre.. Nessa Nessa tubul tubulaçã ação o pass passa a uma uma solu solução ção aquosa aquosa.. Esta Esta empre empresa sa está está sofren sofrendo do de problemas de corrosão na tubulação. Imagine que você foi chamado para resolver o problema. Faça então um relatório para o dono da empresa explicando porque está ocorrendo corrosão, quais as partes da tubulação mais afetadas e uma solução para o problema.
Relatório: •
Sistema Tubulação de água Material • Tubos: ferro - carbono Juntas: cobre Observações • Intenso processo corrosivo na região próxima às juntas Causa • 5
Corrosão galvânica, galvânica, provocada pelo contato de dois metais diferentes (cobre e ferro), que causa a corrosão do metal de maior potencial de oxidaçã oxidação: o: ferro (ânodo) Solução • Limpeza das áreas com corrosão, substituição do material corroído. Substituição das juntas de cobre, por material anódico ao aço-carbono, como alumínio ou zinco ou material isolante.
14. 14. Tem-se Tem-se uma uma chap chapa a de ferro ferro ou ou aço aço reves revestid tido o de estan estanho. ho. Porqu Porque e o estan estanho ho forne fornece ce prote proteçã ção o somente se a superfície do metal estiver completamente completamente revestida? Caso a cobertura da superfície for perfurada, a camada de estanho torna-se o cátodo em relação ao ferro, que assim passa a atuar como ânodo. O par galvânico resultante produz corrosão no ferro fe rro.. Co Com m um uma a pe peque quena na ár área ea an anódi ódica ca de deve ve for forne necer cer el elétr étron onss pa para ra um uma a gr gran ande de su supe perfí rfície cie catódica, pode resultar uma corrosão localizada muito rápida. 15. 15. Por Por que um um acúm acúmulo ulo de de ferru ferruge gem m ou crost crostas as de de óxidos óxidos prov provoca oca uma uma corr corrosã osão o por pite pite num numa a placa de ferro ou de outro metal? Dê as reações catódica e anódica do processo de corrosão numa placa de ferro. O acúmulo de ferrugem ou crostas de óxidos restringe o acesso de oxigênio e estabelece um ânodo. Este promove um acúmulo maior ainda. O resultado é um orifício localizado (pite) devido a uma corrosão não uniforme e a vida útil do produto fica reduzida numa escala maior que aquela que seria indicada exclusivamente pela perda de peso.
16. 16.
O que é pas passiv sivaçã ação? o? Porqu Porque e metai metaiss passiv passivado adoss são suje sujeito itoss à corros corrosão ão quan quando do risca riscados dos? ? Alguns metais e ligas tendem a tornarem-se tornarem-se passivos devido à formação de uma película fina e aderente de óxido ou outro composto insolúvel nas suas superfícies. A passivação faz com que esses materiais funcionem como áreas catódicas. A destruição da passividade através de um risco na camada do óxido expõe a superfície metálica ativa, que funciona como ânodo. Temos então uma pequena área anódica circundada por grande área anódica, dando origem à corrosão.
17. 17. Expl Expliq ique ue como como func funcio iona na uma uma pilh pilha a de conce concent ntra raçã ção o iôni iônica ca difere diferenc ncia ial.l. Imag Imagin ine e uma uma fres fresta ta num meio corrosivo, com diferentes concentrações iônicas, onde a corrosão ocorreria? Por que? É uma pilha formada por material metálico de mesma natureza, em contato com soluções de diferentes concentrações. O ânodo da pilha será aquele imerso na solução mais diluída e o cátodo, aquele que estiver imerso na solução mais concentrada. É comum ocorrer esta pilha quando se têm superfícies metálicas superpostas e em contato, havendo, entre elas, pequenas frestas por onde o eletrólito possa penetrar. A fresta deve ser suficientemente estreita para manter o meio corrosivo estagnado e suficientemente aberta para permitir que o meio corrosivo penetre nela. Supondo-se superfícies metálicas, M, superpostas e com frestas, pode-se admitir que no eletrólito em repouso, mesmo que haja igualdade de concentração entre as soluções de eletr el etróli ólito to na nass pa parte rtess ma mais is in inter ternas nas e ma mais is ex exter ternas nas da fre fresta sta,, oco ocorra rra um pr proce ocesso sso de n+ dissolução do metal com a consequente formação de íons metálicos M . Pode-se então, estabelecer um gradiente de concentração devido ao processo de difusão dos íons ser lento, e a solução do eletrólito passa a ser mais concentrada em íons M n+ no interior da fresta do que na parte mais externa, pois nesta parte há fácil acesso do eletrólito e os íons metálicos aí forma for mados dos po poder derão ão se serr ar arras rastad tados, os, de desde sde qu que e o el eletr etróli ólito to se mo movim viment ente. e. A di difer ferenç ença a de concentração ocasionará, então, uma diferença de potencial e a formação de uma pilha de concentração iônica com a corrosão na parte externa da fresta, pois esta funciona como ânodo da pilha formada. 18. 18. Têm-se Têm-se tan tanqu ques es de aço aço carb carbono ono ou ou de aço aço galva galvaniz nizado ado.. Por que que se deve deve evita evitarr que um um fluido fluido circule por uma tubulação de cobre que alimenta o tanque, mesmo que entre o tubo de aço e o tubo de cobre exista um flange isolante? Que sugestão você daria para resolver o problema? problema? 6
A corrosão galvânica é ocasiona ocasionada da pela presenç presença a de cobre ou compostos origina originados dos pela ação corrosiva ou erosiva da água sobre a tubulação de cobre que alimenta o tanque. Devese evitar, que um fluido circule por um material catódico antes de circular por um que lhe seja anódico. Se o fluido ocasionar ação mecânica e/ou ação corrosiva no tubo de cobre, arrastará partí pa rtícu culas las e/o e/ou u íon íons, s, Cu2+, de dess sse e me metal tal,, pa para ra o tub tubo o de aço tendo-se tendo-se então: então: co corro rrosã são o galvânica do tubo de aço devida a possível deposição das partículas de cobre; no caso de arraste de íons Cu 2+, tem-se a corrosão do aço devida à reação: Fe + Cu 2+ → Fe2+ + Cu e posterior formação do par galvânico aço-cobre dando continuidade ao processo corrosivo, podendo ocorrer perfurações no tubo de aço. Quando não for possível a inversão de sentido do fluido pode-se usar um trecho de tubo de aço, intercalado entre o tubo de cobre que transporta o fluido e o equipamento de aço-carbono, ou de outro material metálico anódico em relação a cobre. Como o tubo de aço é flangeado, pode ser facilmente substituído, quando necessário, e deve apresentar diâmetro maior do que o do cobre para que haja redução de velocidade, possibilitando a deposição de partículas de cobre arrastadas pelo fluido. 19. 19.
Que Que tipo tipo de corro corrosã são o ocorr ocorre e em em tubu tubulaç lações ões parc parcial ialme mente nte ente enterra rradas das? ? Corrosão por aeração diferencial. As regiões mais atacadas são aquelas que ficam pouco abaixo do solo.
20.
O qu que é corrosão gr grafíti ítica? É o processo corrosivo que ocorre nos ferros fundidos cinzentos e no ferro nodular. A grafite é um material mais catódico que o ferro. Sendo assim, os veios ou nódulos da grafite do ferro fundido agem como área catódica e o ferro como área anódica (corrosão). (corrosão). Ferro fundido = liga de ferro-carbono com teores de carbono acima de 2,06%. Ferro fundido cinzento = ferro fundido com grafite lamelar formada durante a solidificação. Ferro fundido dútil ou nodular = ferro fundido com grafite esférica na microestru microestrutura. tura.
21.
O que é dezincificação? É o processo corrosivo que é observado na ligas de zinco, especialmente latões. Há a destruição destruiçã o do zinco (material anódico), restando o cobre e os produtos da corrosão.
22.
O qu que é corr orrosão são in interg tergra ran nular? lar?
É a corrosão que se processa entre os grãos da rede cristalina do material metálico, que perde suas propriedades mecânicas e pode fraturar quando solicitado por esforços mecânicos. Os grãos vão sendo destacados à medida que a corrosão se propaga. 23. Qual Qual é a difer diferença ença entre entre proteçã proteção o anódic anódica a ou proteçã proteção o catódica catódica contra contra a corrosão corrosão? ? Expliq Explique ue a operação de cada processo. Proteção catódica: é uma forma de proteger o metal da corrosão, forçando-o a ser o cátodo, não o ânodo, de uma pilha eletroquímica. Usualmente se acopla o metal a outro, que possui um maior potencial de oxidação, isto é, oxida-se mais facilmente. O melhor exemplo é a galvan galvanização, ização, onde o ferro é revestido por zinco. Esta película de zinco se oxida antes do ferro - ela é chamada de ânodo de sacrifício. Poderia ser acoplada acoplada através de um fio condutor, como é o caso das barras de magnésio ligadas aos emissários submarinos. Proteção anódica: é uma forma de inibir a reação anódica (oxidação do ferro). O procedimento mais comum é revestir a superfície do metal por uma camada de tinta ou de óxido protetor. O método atual consiste em oxidar a superfície do ferro com um sal de cromo (IV) para formar o ferro (III) e cromo (III). Estes óxidos são impermeáveis a água e ao oxigênio, e a oxidação do ferro (reação anódica) torna-se impossível 24. 24.
Por Por que que ape apena nass a ero erosã são o não não é con consi side dera rada da cor corro rosã são? o? 7
A erosão remove mecanicamente partículas do material. Tem-se um processo eminentemente físico, e não químico ou eletroquímico, que seriam necessários para cara ca ract cter eriz izar ar a co corro rrosã são. o. A er eros osão ão ac acel eler era a um pr proc oces esso so co corr rros osiv ivo, o, po pois is a pe pelíc lícul ula a produzida pela corrosão é removida pela erosão expondo a superfície a novo desgaste corrosivo.
25. 25. O esqu esquem ema a abai abaixo xo repr repres esen enta ta duas duas chap chapas as de aço aço pres presas as por por um para parafu fuso so de aço aço e apresentando apresentando fresta entre elas.
No interior desta fresta há um meio neutro. Supondo ocorrer corrosão por aeração diferencial: a) indique , no esquema, as regiões anódica e catódica que se formam.
b) Escreva as semi-reações que ocorre nestas regiões Fe 2+ + 2 e-
Anódica:
Fe
Catódica:
H2O + ½ O2 + 2 e-
-
2 HO
8
