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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.

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1 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

2 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

3 Resistência à corrosão Disponibilidade Custo Material Resistência Mecânica Aparência Processo de Fabricação

4 Aspectos eletroquímicos Aspectos Resistência à Aspectos Físico-Químicos Corrosão Metalúrgicos Aspectos Termodinâmicos

5 MEIOS DE CORROSÃO Atmosfera Principais Parâmetros: - materiais poluentes - umidade relativa - temperatura - intensidade e direção dos ventos - variações de temperatura e umidade - chuvas - radiação

6 MEIOS DE CORROSÃO Classificação: - Rural - Industrial - Marinha - Urbana - Urbana- Industrial - outras combinações

7 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

8 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

9 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

10 MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO Célula Eletroquímica: Célula de Daniell

11 MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO Corrosão: a resistência entre os eletrodos é nula: célula em curto-circuito

12 MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO Exemplo: reação do zinco na presença de ácido clorídrico Zn + 2HCl ZnCl 2 + H 2 Zn + 2H + Zn 2+ + H 2 Reação de oxidação (anódica): Zn Zn e Reação de redução (catódica): 2 H + + 2e H 2

13 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

14 MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO Reações catódicas Evolução de hidrogênio (meios ácidos) 2H + + 2e H 2 Redução de oxigênio (soluções ácidas) O 2 + 4H + + 4e 4OH - Redução de oxigênio (soluções neutra ou básicas) O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH - Redução de íon metálico M 3+ + e M 2+ Deposição de metal M + + e M

15 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

16 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

17 MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO Heterogeneidades secundárias: não inerentes ao material Correntes elétricas de fuga contatos bimetálicos diferenças no meio corrosivo (aeração, concentração)

18 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.

19 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

20 CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE Moléculas de água são dipolos elétricos - + Troca de carga + - 2H + + 2e H H 2 2H + + 2e + -

21 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.

22 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.

23 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

24 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?

25 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

26 + H O ion e seu envólucro de moléculas de água são uma entidade cinética única

27 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.

28 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.

29 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

30 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

31 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

32 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

33 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.

34 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

35 A DUPLA CAMADA ELÉTRICA ddp = 1V Dimensão da interfase = 10 angstrons Gradiente de potencial = 10 7 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

36 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.


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