Química Geral Profa. Dra. Carla Dalmolin

Apresentação em tema: "Química Geral Profa. Dra. Carla Dalmolin"— Transcrição da apresentação:

1 Química Geral Profa. Dra. Carla Dalmolin
CORROSÃO Química Geral Profa. Dra. Carla Dalmolin

2 CORROSÃO - DEFINIÇÃO Ferrugem Deterioração Oxidação Perda de material
ASTM G15: Reação química ou eletroquímica entre um material (geralmente metálico) e seu meio, resultando na deterioração do material e suas propriedades

3 U$ 300,00 / pessoa . ano CUSTOS DA CORROSÃO
*Estudo realizado entre as décadas de 1970 – 80 nos Estados Unidos 4,9 % do PIB de um país industrializado 1,0 – 2,0 % deste total poderia ser evitado utilizando tecnologias de proteção à corrosão já desenvolvidas na época Custo maior que desastres naturais como incêndios, inundações, terremotos, tornados, etc. U$ 800 milhões / dia

4 CUSTOS DA CORROSÃO Diretos Reposição de peças Perda de máquinas
Repintura de peças metálicas Proteção catódica Alto custo dos inibidores Custo extra dos materiais mais resistentes As Forças Aéreas americanas gastam cerca de U$ 1 bilhão / ano com corrosão e proteção.

5 CUSTOS DA CORROSÃO Indiretos Paradas de plantas
Contaminação / perda de produtos Perda de eficiência dos processos Superdimensionamento (espessura) das peças metálicas Cerca de 20% das falhas eletrônicas são causadas por corrosão

6 SEGURANÇA E MEIO AMBIENTE
Proc. Siderúrgicos Minerais Metais Corrosão A energia requerida para a formação do metal a partir do seu minério é perdida para o meio quando o metal corrói para sua forma oxidada. Alta periculosidade de alguns produtos Contaminação de recursos naturais Utilização dos recursos naturais não renováveis Gasto de energia

7 POR QUE OS METAIS CORROEM?

8 OXIDAÇÃO E REDUÇÃO Reações onde ocorre variação do número de oxidação dos elementos que constituem os reagentes, ou seja: há troca de elétrons entre estes elementos. Reação parcial de Oxidação: ganho de elétrons Fe  Fe2+ + 2e- Reação parcial de Redução: perda de elétrons 2H+ + 2e-  H2 Reação Global: soma das reações parciais Fe + 2H+  Fe2+ + H2 Fluxo de elétrons Corrente elétrica

9 POTENCIAL DE REAÇÃO 𝐸 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 = 𝐸 𝑐𝑎𝑡𝑜𝑑𝑜 + 𝐸 𝑎𝑛𝑜𝑑𝑜
Para que ocorra uma reação eletroquímica, é necessário que exista um fluxo de elétrons. Um fluxo de elétrons só ocorre quando se desenvolve uma diferença de potencial entre um condutor elétrico Potencial de Reação Potencial de Célula ddp 𝐸 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 = 𝐸 𝑐𝑎𝑡𝑜𝑑𝑜 + 𝐸 𝑎𝑛𝑜𝑑𝑜

10 EQUAÇÃO DE NERST 𝐸= 𝐸 0 − 𝑅𝑇 𝑛𝐹 𝑙𝑛 𝑄 𝑟𝑒𝑎çã𝑜
Relação entre o potencial de célula com a concentração dos íons constituintes, a temperatura e a pressão Utilizada para determinar o potencial de uma célula fora das condições padrão 𝐸= 𝐸 0 − 𝑅𝑇 𝑛𝐹 𝑙𝑛 𝑄 𝑟𝑒𝑎çã𝑜 E: potencial do eletrodo E0: potencial padrão do eletrodo R: constante dos gases perfeitos – 8,314 JK-1mol-1 T: temperatura em Kelvin n: número de elétrons envolvidos na reação eletroquímica F: constante de Faraday – C Qreação: quoeficiente de reação A 25 oC, 1,0 bar e passando ln para log: 𝐸= 𝐸 0 − 0,0591 𝑛 𝑙𝑜𝑔𝑄

11 *COEFICIENTE DE REAÇÃO
Para a reação genérica: aA + bB  mM + nN + ... 𝑄= [𝑀] 𝑚 [𝑁] 𝑛 … [𝐴] 𝑎 [𝐵] 𝑏 … Onde: [ ] é a concentração, em mol/L da espécie iônica Espécies no estado sólido ou líquido são consideradas com [ ] = 1 mol/L Para espécies gasosas, a concentração utilizada é a pressão parcial, em bar Exemplo: ½H2(g) + OH-(aq)  H2O(l) 𝑄= 1 𝑝 𝐻 /2 [𝑂 𝐻 − ]

12 CÉLULA DE CORROSÃO Anodo – onde ocorre a corrosão (oxidação) do metal
Catodo Metal ou outro condutor eletrônico (ex. grafite) Fornece sítios para a semi-reação de redução do meio Eletrólito Meio onde ocorre a condução iônica Geralmente é em meio aquoso Contato Elétrico Meio onde ocorre o fluxo de elétrons “Elétrons não sabem nadar”!!! Contato Elétrico ANODO CATODO Eletrólito

13 ÁREAS CATÓDICAS E ANÓDICAS

14 TIPOS DE CORROSÃO

15 CORROSÃO UNIFORME A corrosão ocorre em toda a superfície
O meio corrosivo deve estar em contato com todo o material O metal deve ser ter composição uniforme Mais comum em casos de corrosão atmosférica Previsível e até aceitável Aço Patinável Titânio colorido

16 CORROSÃO GALVÂNICA Ocorre quando dois metais diferentes estão em contato na presença de um eletrólito Corrosão ocorre próximo à junção Anodos de sacrifício são uma forma de corrosão galvânica utilizada para proteção de outros metais mais nobres

17 CORROSÃO GALVÂNICA Série Galvânica Catódico (nobre) Platina Titânio
(em água do mar deaerada) Catódico (nobre) Platina Titânio Aço Inoxidável Bronze Cobre Níquel Aço Alumínio Zinco Anódico (ativo) Tubulação de aço em contato com cobre

18 EFEITO DA ÁREA SUPERFICIAL
Processo Anódico Processo Catódico Ex.: 2 Zn  2 Zn e- O2 + 2H2O + 4e-  4OH- Ianódico = I catódico Corrosão do Zn Ianódico = Icorrosão ia = densidade de corrente 𝑖 𝑎 . 𝑆 𝑎 = 𝑖 𝑐 𝑆 𝑐 𝑖 𝑎 = 𝑖 𝑐 𝑆 𝑐 𝑆 𝑎 𝑖 𝑎 = 𝐼 𝑎 𝑆 𝑎 Densidade de corrente anódica Densidade de corrente de corrosão

19 EFEITO DA ÁREA SUPERFICIAL
Área anódica menor que a área catódica Sa < Sc ; ia >> ic

20 EFEITO DA ÁREA SUPERFICIAL
Área anódica maior que a área catódica Sa > Sc ; ia << ic

21 EFEITO DA ÁREA SUPERFICIAL
Placas de Alumínio fixadas com rebites de latão

22 PREVENÇÃO

23 SÉRIE GALVÂNICA

24 CÉLULAS DE CONCENTRAÇÃO

25 CÉLULA DE CONCENTRAÇÃO IÔNICA

26 CÉLULA DE CONCENTRAÇÃO IÔNICA

27 CÉLULA DE AERAÇÃO DIFERENCIAL

28 CÉLULA DE AERAÇÃO DIFERENCIAL
Nos metais ativos, a reação de oxidação é a corrosão do metal Corrosão por pites e frestas

29 CORROSÃO POR PITES E FRESTAS

30 CORROSÃO POR PITES

31 CORROSÃO POR FRESTAS

32 PREVENÇÃO

33 CORROSÃO SELETIVA Corrosão seletiva ocorre quando um componente da liga é mais susceptível a corrosão e acaba se dissolvendo preferencialmente O metal mais susceptível é o mais ativo na série galvânica Torna-se o anodo numa célula galvânica formada em contato com os componentes mais nobres da liga Grafitização: dissolução do Fe em ligas contendo C Desinficação: dissolução do Zn no latão

34 CORROSÃO SELETIVA Liga Meio Corrosivo Elemento Removido Latão / Bronze
Água parada Zn (desinficação) Ferro fundido Solo Fe (grafitização) Bronzes de Alumínio Solução ácidas, HCl Al (dealuminação) Bronzes de Silício Vapores a altas temperaturas, ácidos Si Bonzes de Estanho Vapores quentes Sn Cobre – Níquel Fluxos quentes Ni Níquel - Cobre Ácidos Cu ou Ni (depende do meio) Ligas de Ouro Soluções de sulfito Saliva humana Cu e Ag Níquel Sais fundidos Cr, Fe, Mo, W Aço Carbono Hidrogênio em altas temperaturas C (descarburização) Ferro - Cromo Altas temperaturas Cr Níquel - Molibdênio Oxigênio a altas temperaturas Mo

35 CORROSÃO SELETIVA Grafitização Dezinficação

36 PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO
Inibidores – substâncias adicionadas à solução corrosiva Modificações de processo, projeto ou propriedades de metais – busca a obtenção de potenciais mais nobres Revestimentos – barreira às reações entre o metal e o meio corrosivo Proteção catódica Proteção anódica Controle da corrente de corrosão através de fontes externas

37 PROTEÇÃO CATÓDICA A oxidação preferencial do Zn fornece elétrons suficiente para o catodo, diminuindo a taxa de corrosão do Fe ANODO: Zn  Zn2+ + 2e- Fe  Fe2+ + 2e- CATODO: O2 + 2H2O + 4e-  4OH-

38 PROTEÇÃO CATÓDICA

39 PROTEÇÃO CATÓDICA

40 PROTEÇÃO CATÓDICA