CorrosãoCorrosão• Em metais e cerâmicas:

perda efetiva de material por dissolução ou pela formação de uma incrustação.

Duas reações químicas

precisam ocorrer

• Em polímeros:

os mecanismos e as conseqüências do processo são diferentes e por isso o termo mais empregado é degradação.

Solução ácida - HCl

Exemplos de Corrosão

Por que se preocupar com a corrosão?Por que se preocupar com a corrosão?

• 3 razões:

Custo;

Segurança;

Conservação de recursos.

• Em relação aos custos:

Nos E.U.A. a corrosão gera por ano custos da ordem de 4,5% do PIB daquele país;

Deste total, cerca de 100 bilhões de dólares são gastos na utilização de materiais mais resistentes à corrosão e no emprego de novas tecnologias;

O setor que mais investe no problema é o da indústria automotiva.

Por que se preocupar com a corrosão?Por que se preocupar com a corrosão?• Em relação à segurança:

Muitos componentes e estruturas podem estar suscetíveis a falhar por conseqüência de um processo de corrosão: caldeiras, submarinos, aeronaves, vasos de pressão, hélices de turbinas, pontes, etc.

Acidente da Aloha Airlines, em 1998, onde um membro da tripulação morreu e vários passageiros ficaram feridos.

Por que se preocupar com a corrosão?Por que se preocupar com a corrosão?• Em relação à conservação dos recursos:

As reservas de metais e a quantidade de energia disponível em nosso planeta são limitadas.

A corrosão pode ser interpretada como o avesso de um processo metalúrgico e muita energia é gasta em um processo de corrosão.

Potenciais de eletrodoPotenciais de eletrodo• Nem todos os metais oxidam para formar íons com o mesmo grau de facilidade. A determinação da força motriz para a reação eletroquímica de oxi-redução pode identificar os mais suscetíveis, comparativamente.

Pilha eletroquímica que consiste em eletrodos de ferro e de cobre, cada um imerso em uma solução 1M do seu íon. O Fe é corroído, enquanto o Cu se eletrodeposita.

Lembre-se sempreLembre-se sempre

• Quem perde elétrons sofre oxidação:

• Quem ganha elétrons sofre redução:

• Eletrólito: solução capaz de conduzir corrente elétrica pelo movimento de íons positivos ou negativos:

Ânions : íons negativosCátions : íons positivos

• Anodo: Eletrodo cujos átomos perdem elétrons para o circuito externo, tornando-se íons + e oxidando;

• Catodo: Eletrodo que recebe os íons do circuito externo e reduzindo.

Série de potenciais de eletrodo padrãoSérie de potenciais de eletrodo padrão• Quando a medida da força motriz é feita utilizando-se uma pilha de referência, temos o que se chama de série de potenciais de eletrodo padrão.

Com essa série fica mais conveniente comparar as tendências à corrosão dos metais, uns em relação aos outros.

O potencial global par a pilha é dado por:

ΔVº = Vº2 – Vº1

Para que a reação ocorra espontaneamente ΔVº > 0

Influência da temperatura e da concentração Influência da temperatura e da concentração sobre o potencial de eletrodosobre o potencial de eletrodo

• A alteração da temperatura ou da concentração da solução alterará o potencial da pilha e até mesmo reverter a direção da reação espontânea.

ΔV = (Vº2 – Vº1) – (RT/nF )ln [M1n+] /[M2

n+])

• Para 25ºC:

ΔV = (Vº2 – Vº1) – (0,0592/n) log [M1n+]

/[M2n+]

Requisitos para haver corrosão:Requisitos para haver corrosão:

• A presença de um anodo ou de sítios anódicos na superfície do metal;

• A presença de um catodo ou de sítios catódicos na superfície do metal;

• Eletrólito em contato com o anodo e com o catodo, formando um caminho para a condução de íons;

• Uma conexão elétrica entre o anodo e o catodo, fazendo com que os elétrons sejam fluam entre o anodo e o catodo.

Taxas de corrosãoTaxas de corrosão• A taxa de corrosão de um material pode ser expresso como a Taxa de Penetração da Corrosão (TPC) e calculada pela fórmula:

TPC = KW/ρAt

W = perda de peso após um tempo t

ρ = densidade da amostra

A = área da amostra que está exposta

K = cte.

• Pode-se expressar a taxa de corrosão em termos da corrente elétrica associada com as reações de corrosão eletroquímicas : densidade de corrente.

R = i/nF

n = nº de elétrons associados à ionização de cada átomo metálico

i = corrente

F = constante de Faraday, 96.500 C/mol

Estimativa de taxas de corrosão - PolarizaçãoEstimativa de taxas de corrosão - Polarização Considere a pilha eletroquímica mostrada na figura abaixo. O sistema está fora de equilíbrio e os valores dos potenciais dos eletrodos não constam da tabela de referência;

O deslocamento de cada potencial de eletrodo do seu valor em condições de equilíbrio é chamado de polarização.

A magnitude desse deslocamento é a sobrevoltagem ().

A relação entre a sobrevoltageme a densidade de corrente é dada por:

a = ± ß log i /i0

ß e i0 representam constantes para a semipilha específica.

Polarização por ativaçãoPolarização por ativaçãoCondição em que a taxa de reação é controlada pela etapa da reação eletroquímica que se processa a uma taxa mais lenta.

Esquema de possíveis etapas na reação de redução do hidrogênio, cuja taxa é controlada pela polarização por ativação.

Gráfico de sobrevoltagem da polarização por ativação para um eletrodo de hidrogênio, em função do logaritmo da densidade de corrente, para as reações de oxidação e redução

Polarização por concentraçãoPolarização por concentraçãoCondição em que a taxa de reação é controlada pela difusão no interior da solução.

Distribuição dos íons de H+ na vizinhança do catodo para baixas taxas de reação e/ou altas concentrações.

Distribuição dos íons de H+ na vizinhança do catodo para altas taxas de reação e/ou baixas concentrações

Zona de escassez polarização por concentração

Polarização por concentraçãoPolarização por concentração A relação entre a sobrevoltagem de polarização por concentração (c) e a densidade de corrente (i) é dada por:

Gráficos esquemáticos da sobrevoltagem em função do log de i para (a) uma polarização por concentração e (b) uma polarização combinada por ativação e concentração.

c = (2,3RT/nF) log(1-i/iL)

PassividadePassividade• Fenômeno observado em alguns metais que perdem sua reatividade química sob determinadas condições específicas, tornando-se inertes.

• Materiais de engenharia que são resistentes à corrosão desenvolvem naturalmente um filme fino de óxido, aderente à sua superfície, chamado de película passiva.

• Filme de óxido bem fino (da ordem de nm), que age como uma barreira entre o metal e o eletrólito;

• Pode ser destruído mas se regenera rapidamente;

• Um material passivado pode se converter a um estado ativo se alguma alteração na natureza do ambiente se fizer.

Exemplos: Ligas de Al, ligas de Ni e aços inoxidáveis

• Na maioria das vezes o ferro não é resistente à corrosão.

• Adicionando-se uma quantidade maior que 12% de Cr em aços pode torná-los altamente resistentes à corrosão devido à formação da película passivadora de óxido de Cr.

Passividade em aços inoxidáveisPassividade em aços inoxidáveis

Os aços 304 SS têm cerca de 18%Cr e 8%Ni, também conhecidos como aços 18-8. Adicionando-se cerca de 2%Mo (316 SS) nessa mistura, a resistência à corrosão destes aços é ainda mais aumentada.

Formas de corrosãoFormas de corrosão

• A corrosão pode ser classificada pelo modo como ela se manifesta.

• Em metais ela pode assumir uma das seguintes designações:

uniforme;

galvânica;

em frestas;

por pites;

intergranular;

por lixívia seletiva;

erosão-corrosão

corrosão sob tensão.

Corrosão uniformeCorrosão uniforme

• As reações de oxidação e redução ocorrem uniformemente sobre toda a superfície do metal, ou uma grande fração desta superfície;

• É a forma mais comum de corrosão e também a que mais prejuízo causa em termos toneladas de metal perdidas.