MATOZO,H.C. 1

Nome do Aluno:

Professor: Huita do Couto Matozo

Disciplina: Corrosão – IV

2010

ESCOLA MUNICIPAL GOVERNADOR ISRAEL PINHEIRO DE 1º E 2º GRAUS Av. Luzia Brandão Fraga de Souza [ EMIP - Química ( Av H ) ] N 201 Loanda

Professor: Huita do Couto MatozoDisciplina: Corrosão - IV / 2010

MATOZO,H.C. 2

Matozo; Huita do Couto

Corrosão - IV

Huita do Couto Matozo - João Monlevade MG - 2010

Apostila- Corrosão, João Monlevade2010- Páginas: 65

Escola Municipal Governador Israel PinheiroCurso Profissionalizante Modalidade Química

1. Corrosão 2. Tratamento superficial 3. Oxirredução

I. Título

MATOZO,H.C. 3

SUMÁRIO

Título Página_____________________________________________________________________________________

---------66

79101

12233333444555667899212222

2224246

6667

77789

930

3132

3233

MATOZO,H.C. 4

3334

Oxirredução---------------38Resumo----------------------------------------39

Nem todas as reações são de oxirredução --------------------------------------------- 40Regras Práticas para Determinar o Numero de Oxidação(Nox) ----------------------- 40Tabela de Potenciais de Redução (E0 red.) com solução aquosa a 250C (em V) ------ 41

20- Metal de Sacrifício43Alguns aspectos da Exploração e do Processamento de Minérios: Projeto de Carajás 44O Ferro é o único Metal que sofre Corrosão? ------------------------------------------- 46CORROSÃO, AMEAÇA OCULTA ------------------------------------------------------------- 47O Risco das Próteses: A ferrugem que ataca dentro do Corpo ------------------------- 48

1Pilhas ------------------------50Potencial de uma pilha----54Pilha de concentração ----56

2Eletrólise----------------------------------56Eletrólise ígnea -----------57

3Eletrodeposição ou galvanoplastia----------------------614Referências-------------------------------625Anexos-------------------------------------63

Au63Ag63Pt63Cu63Hg6364Fe64Al64Na64

formas de corrosão ----------------------------------------------------------------------------- 65

Sorte: é saber olhar para os ladose ver onde estão seus amigos:Porque foi a través do que eles diziam, que os anjos conseguiram se fazer ouvir.

Paulo Coelho (O Zahir)

MATOZO,H.C. 5

“Defini-se corrosão como sendo um conjunto de fenômenos de deterioração progressiva dos materiais, principalmente metálicos, em conseqüência de reações químicas ou eletroquímicas entre material e meio ambiente”. (TELLES, 2003).

CORROSÃO

1 - Conceito de Corrosão

A corrosão consiste na deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio,

podendo estar ou não associado a esforços mecânicos. Ao se considerar o emprego de materiais na

construção de equipamentos ou instalações é necessário que estes resistam à ação do meio corrosivo, além

de apresentar propriedades mecânicas suficientes e características de fabricação adequadas. A corrosão

pode incidir sobre diversos tipos de materiais, sejam metálicos como os aços ou as ligas de cobre, por

exemplo, ou não metálicos, como plásticos, cerâmicas ou concreto. A ênfase aqui descrita será sobre a

corrosão dos materiais metálicos. Esta corrosão é denominada corrosão metálica. Dependendo do tipo de

ação do meio corrosivo sobre o material, os processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes

grupos, abrangendo todos os casos deterioração por corrosão:

-Corrosão Eletroquímica

-Corrosão Química.

Os processos de corrosão eletroquímica são mais freqüentes na natureza e se caracterizam

basicamente por:

•Necessariamente na presença de água no estado líquido;

•Temperaturas abaixo do ponto de orvalho da água, sendo a grande maioria na temperatura

ambiente;

•Formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície

metálica.

Em face da necessidade do eletrólito conter água líquida, a corrosão eletroquímica é também

denominada corrosão em meio aquoso. Nos processos de corrosão, os metais reagem com os elementos

não metálicos presentes no meio, O2, S, H2S, CO2 entre outros, produzindo compostos semelhantes aos

encontrados na natureza, dos quais foram extraídos. Conclui-se, portanto, que nestes casos a corrosão

corresponde ao inverso dos processos metalúrgicos, vide figura 1

Figura , Ciclo dos metais

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Como na corrosão química não se necessita de água líquida, ela também é denominada em meio

não aquoso ou corrosão seca.

Existem processos de deterioração de materiais que ocorrem durante a sua vida em serviço, que

não se enquadram na definição de corrosão. Um deles é o desgaste devido à erosão, que remove

mecanicamente partículas do material. Embora esta perda de material seja gradual e decorrente da ação do

meio, tem-se um processo eminentemente físico e não químico ou eletroquímico. Pode-se entretanto

ocorrer, em certos casos, ação simultânea da corrosão, constituindo o fenômeno da corrosão-erosão.

Outro tipo de alteração no material que ocorre em serviço, são as transformações metalúrgicas que

podem acontecer em alguns materiais, particularmente em serviço com temperaturas elevadas. Em função

destas transformações as propriedades mecânicas podem sofrer grandes variações, por exemplo

apresentando excessiva fragilidade na temperatura ambiente. A alteração na estrutura metalúrgica em si

não é corrosão embora possa modificar profundamente a resistência à corrosão do material, tornando-o,

por exemplo, susceptível à corrosão intergranular. Durante o serviço em alta temperatura pode ocorrer

também o fenômeno da fluência, que é uma deformação plástica do material crescente ao longo do

tempo, em função da tensão atuante e da temperatura.

2 - Meios Corrosivos

Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito.

O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases.

Principais Meios Corrosivos e Respectivos Eletrólitos

- atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito

constitui-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no

ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo;

- solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos apresentam também,

características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos;

- águas naturais (rios, lagos e do subsolo): estas águas podem conter sais minerais, eventualmente

ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito

constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos. Os outros constituintes podem acelerar o

processo corrosivo;

- água do mar: estas águas contêm uma quantidade apreciável de sais. Podemos observar uma

análise média da água do mar em gramas por litro de água na tabela1

MATOZO,H.C. 7

Tabela , Constituintes em gramas por litro de água do mar

Cloreto (Cl-) 18,9799 Sulfato (SO -) 2,6486 Bicarbonato (HCO ) 0,1397 Brometo (Br-) 0,0646 Fluoreto (F-) 0,0013 Ácido Bórico (H3BO3) 0,0260 Sódio (Na+) 10,5561 Magnésio (Mg2+) 1,2720 Cálcio (Ca2+) 0,4001 Potássio (K+) 0,3800 Estrôncio (Sr 2+) 0,0133

A água do mar em virtude da presença acentuada de sais é um eletrólito por excelência. Outros

constituintes como gases dissolvidos, podem acelerar os processos corrosivos;

- produtos químicos: os produtos químicos, desde que em contato com água ou com umidade e

formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica.

3 - Reações no Processo Corrosivo

As reações que ocorrem nos processos de corrosão eletroquímica são reações de oxidação e

redução.

As reações na área anódica (anodo da pilha de corrosão) são reações de oxidação.

A reação mais importante e responsável pelo desgaste do material é a de passagem do metal da

forma reduzida para a iônica (combinada).

(responsável pelo desgaste do metal)

As reações na área catódica (cátodo da pilha de corrosão) são reações de redução.

As reações de redução são realizadas com íons do meio corrosivo ou, eventualmente, com íons

metálicos da solução.

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Tabela 2- Principais reações na área catódica

As reações catódicas mais comuns nos processos corrosivos são "a", "b" e "c" as reações "d" e "e"

são menos freqüentes, a última aparece apenas em processos de redução química ou eletrolítica.

Serão detalhados a seguir as reações catódicas apresentadas anteriormente e que ocorrem em

meios neutros ou aerados e não aerados. Reações catódicas em meio neutro aerado:

Reações catódicas em meio neutro não aerado:

Observações:

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.

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A composição do eletrólito na vizinhança do catodo é dependente de difusão do oxigênio no meio

e da velocidade de renovação do eletrólito. Deste modo é possível a ocorrência da reação "a" em meios

aerados, caso o fluxo de elétrons chegando ao catodo seja muito elevado. Um exemplo é o caso da

superproteção catódica em água do mar onde a reação "c", que normalmente ocorre, pode ser sobrepujada

pela reação "a". Um sério inconveniente é a possibilidade de ocorrência do fenômeno de fragilização pelo

hidrogênio produzindo trincas e/ou a diminuição da vida à fadiga.

Observação:

Em meios ácidos haverá um decréscimo da acidez no entorno da área catódica e em meios básicos haverá

um acréscimo da alcalinidade no entorno da área catódica.

Os produtos de corrosão nos processos eletroquímicos são, em geral, resultantes da formação de

compostos insolúveis entre o íon do metal e o íon hidroxila. O produto de corrosão é portanto, na grande

maioria dos casos hidróxido do metal corroído, ou óxido hidrato do metal.

Quando o meio corrosivo contiver outros íons poderá haver a formação de outros componentes

insolúveis e o produto de corrosão pode ser constituído de sulfetos, sulfatos, cloretos, dentre outras.

4 - Passivação

Passivação é a modificação do potencial de um eletrodo no sentido de menor atividade (mais

catódico ou mais nobre) devido a formação de uma película de produto de corrosão. Esta película é

denominada película passivante.

Os metais e ligas metálicas que se passivam são os formadores de películas protetoras.

Como exemplo podem ser citados:

•Cromo, níquel, titânio, aço inoxidável, monel que se passivam na grande maioria dos meios

corrosivos, especialmente na atmosfera;

•Chumbo que se passiva na presença de ácido sulfúrico;

•ferro que se passiva na presença de ácido nítrico concentrado e não se passiva na presença de

ácido nítrico diluído;

A maioria dos metais e ligas passivam-se na presença de meios básicos, com exceção dos metais

anfóteros (Al, Zn, Pb, Sn e Sb).

5 – Velocidade de Corrosão

A velocidade com que se processa a corrosão é dada pela massa de material desgastado, em uma

certa área, durante um certo tempo, ou seja, pela taxa de corrosão. A taxa de corrosão pode ser

representada pela massa desgastada por unidade de área na unidade de tempo.

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A massa deteriorada pode ser calculada pela equação de Faraday:

m = e . i . t

Onde:

m = massa desgastada, em g; e = equivalente eletroquímico do metal; i = corrente de corrosão, em A; t

= tempo em que se observou o processo, em s.

A corrente l de corrosão é, portanto, um fator fundamental na maior ou menor intensidade do

processo corrosivo e o seu valor pode ser variável ao longo do processo corrosivo.

A corrente de corrosão depende fundamentalmente de dois fatores:

•Diferença de potencial das pilhas (diferença de potencial entre áreas anódicas e catódicas) - DV;

•Resistência de contato dos eletrodos das pilhas (resistência de contato das áreas anódicas e

catódicas) - R;

A diferença de potencial - DV - pode ser influenciada pela resistividade do eletrólito, pela

superfície de contato das áreas anódicas e catódicas e também pelos fenômenos de polarização e

passivação.

A velocidade de corrosão pode ser, ainda, alterada por outros fatores que serão tratados no item

seguinte e que influenciam de modo direto ou indireto na polarização ou na passivação.

O controle da velocidade de corrosão pode se processar na área anódica ou na área catódica, no

primeiro caso diz-se que a reação de corrosão é controlada anodicamente e no segundo caso

catodicamente. Quando o controle se dá anódica e catodicamente diz-se que o controle é misto.

6 – Influência de outros fatores na velocidade da corrosão

Alguns outro fatores influem na velocidade de corrosão, principalmente porque atuam nos

fenômenos de polarização e passivação.

Tais fatores que também influenciam a velocidade de corrosão são:

•Geração do meio corrosivo: presença de oxigênio funciona como controlador dos processos

corrosivos. Portanto, na pressão atmosférica a velocidade de corrosão aumenta com o acréscimo

da taxa de oxigênio dissolvido. Isto ocorre por ser o oxigênio um elemento despolarizante e que

desloca a curva de polarização catódica no sentido de maior corrente de corrosão;

•PH de eletrólito: a maioria dos metais passivam-se em meios básicos (exceção para os m

•Temperatura: o aumento de temperatura acelera, de modo geral, as reações químicas. Da mesma

forma também em corrosão as taxas de desgaste aumentam com o aumento da temperatura. Com a

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elevação da temperatura diminui-se a resistividade d eletrólito e consequentemente aumenta-se a

velocidade de corrosão;

•Efeito da velocidade: a velocidade relativa, superfície metálica-eletrólito, atua na taxa de

desgaste de três formas: para velocidades baixas há uma ação despolarizante intensa que se reduz

à medida que a velocidade se aproxima de 8 m/s (para o aço em contato com água do mar). A

partir desta velocidade as taxas praticamente se estabilizam voltando a crescer para altas

velocidades quando diante de um movimento turbulento tem-se, inclusive, uma ação erosiva.

Figura 2, efeito do pH na velocidade de corrosão

Figura , efeito da velocidade relativa do metal/eletrólito na corrosão do aço em água do mar

7 - Tipos de Corrosão

Os processos corrosivos de natureza eletroquímica apresentam mecanismos idênticos porque

sempre serão constituídos por áreas anódicas e catódicas, entre as quais circula uma corrente de elétron e

uma corrente de íons. Entretanto a perda de massa e modo de ataque sobre o material dá-se de formas

diferentes.

CORROSÃO UNIFORME

A corrosão uniforme consiste no ataque de toda a superfície metálica em contato com o meio

corrosivo com a conseqüente diminuição da espessura.

Este tipo de corrosão ocorre em geral devido a micropilhas de ação local e é, provavelmente, o

mais comum dos tipos de corrosão principalmente nos processos corrosivos de estruturas expostas à

atmosfera e outros meios que ensejam uma ação uniforme sobre a superfície metálica.

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A corrosão uniforme é uma forma de desgaste de mais fácil acompanhamento, em especial quando

se trata de corrosão interna em equipamentos ou instalações, tendo em vista que a perda de espessura é

aproximadamente a mesma em toda a superfície metálica.

É entretanto um tipo de corrosão importante do ponto de vista de desgaste, podendo levar o

equipamento ou instalação a falhas significativas, limitando a sua vida útil.

Os outros tipos de ataque corrosivo onde há um local preferencial para a ocorrência da corrosão,

resultando numa perda localizada de espessura são denominadas corrosão localizada.

CORROSÃO POR PITES

A corrosão por pites é uma forma de corrosão localizada que consiste na formação de cavidades de

pequena extensão e razoável profundidade. Ocorre em determinados pontos da superfície enquanto que o

restante pode permanecer praticamente sem ataque.

É um tipo de corrosão muito característica dos materiais metálicos formadores de películas

protetoras (passiváveis) e resulta, de modo geral, da atuação da ilha ativa-passiva nos pontos nos quais a

camada passiva é rompida.

É um tipo de corrosão de mais difícil acompanhamento quando ocorre no interior de equipamentos

e instalações já que o controle da perda de espessura não caracteriza o desgaste verificado.

Nos materiais passiváveis a quebra da passividade ocorre em geral pela ação dos chamados íons

halogenetos (Cl-, Br-, I-, F-) e esta dissolução localizada da película gera um área ativa que diante do

restante passivado provoca uma corrosão muito intensa e localizada. Uma grandeza importante neste caso

é o potencial em que haja a quebra de passividade. Na verdade o que ocorre é a alteração na curva de

polarização anódica.

A presença dos íons halogenetos provoca alteração nas curvas de polarização anódica, tornando a

quebra da passividade mais provável.

Outro aspecto importante é o mecanismo de formação dos pites já que a falha se inicia em pontos

de fragilidade da película passivante (defeitos de formação) e o pH no interior do pite se altera

substancialmente no sentido ácido o que dificulta a restituição da passivação inicial. Resulta daí que a

pequena área ativa formada diante de uma grande área catódica provoca a corrosão intensa e localizada.

CORROSÃO POR CONCENTRAÇÃO DIFERENCIAL

Os processos corrosivos ocasionados por variação na concentração de determinados agentes no

meio provocam também, de um modo geral corrosão localizada. São resultantes da ação de pilhas de

concentração iônica diferencial e pilhas de aeração diferencial.

Os principais processos corrosivos por concentração diferencial são: a corrosão por concentração

iônica diferencial, a corrosão por aeração diferencial, a corrosão em frestas e a corrosão filiforme.

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CORROSÃO POR CONCENTRAÇÃO IÔNICA DIFERENCIAL

Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se tem variações na concentração de íons do metal no

eletrólito. Como resultado ter-se-á potenciais eletroquímicos diferentes e consequentemente uma pilha

onde a área em contato com menor concentração funcionará como anodo e a área em contato com maior

concentração como catodo.

CORROSÃO POR AERAÇÃO DIFERENCIAL

Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se tem variações na concentração de oxigênio no

eletrólito.

Como o potencial eletroquímico de um material metálico torna-se cada vez mais catódico quanto

maior for a concentração de oxigênio no meio ao seu redor, as áreas com contato com maior concentração

de oxigênio serão catódicas, enquanto que aquelas com contato com menor concentração serão anódicas.

A corrosão por aeração diferencial ocorre com muita freqüência na interface de saída de uma

estrutura do solo ou da água para a atmosfera.

CORROSÃO EM FRESTAS

As frestas estão sujeitas a formação de pilhas de aeração diferencial e de concentração iônica

diferencial.. Quando o meio é líquido ocorre preferencialmente as pilhas de concentração iônica

diferencial e quando o meio é gasoso tende a ocorrer as pilhas de aeração diferencial.

Frestas ocorrem normalmente em juntas soldadas com chapas sobrepostas, em juntas rebitadas, em

ligações flangeadas, em ligações roscadas, em revestimentos com chapas aparafusadas, dentre outras

situações geradores de frestas. De qualquer forma as frestas deverão ser evitadas ou eliminadas por serem

regiões preferenciais de corrosão.

CORROSÃO FILIFORME

Designa-se corrosão filiforme a um tipo de corrosão que se processa sob filmes de revestimentos,

especialmente de pintura.

Acredita-se que a corrosão filiforme tenha um mecanismo semelhante à corrosão em frestas,

devido a aeração diferencial provocada por defeito no filme de pintura, embora o mecanismo real não seja

ainda bem conhecido.

De modo geral o processo corrosivo começa nas bordas, progride unifilarmente apresentando a

interessante característica de refletir com o mesmo ângulo de incidência em obstáculos.

CORROSÃO GALVÂNICA

Denomina-se corrosão galvânica o processo corrosivo resultante do contato elétrico de materiais

diferentes ou dissimilares. Este tipo de corrosão será tão mais intensa quanto mais distantes forem os

materiais na tabela de potenciais eletroquímicos, ou seja, em termos de nobreza no meio considerado.

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Terá também grande influência a relação entre as áreas catódica e anódica. A relação deverá ser a

menor possível a fim de se obter um desgaste menor e mais uniforme na área anódica.

Outro aspecto importante é a presença de íons metálicos no eletrólito, quando estes íons forem de

materiais mais catódicos que outros materiais onde venham haver contato, poderá ocorrer corrosão devido

a redução dos íons do meio com a conseqüente oxidação do metal do equipamento ou instalação.

Por exemplo, a presença de íons Cu++ em um eletrólito em contato com aço tenderá ocorrer a

seguinte reação:

Feo + Cu++ Fe2+ + Cuo

havendo portanto a corrosão do ferro e a redução (deposição) de Cu.

CORROSÃO SELETIVA

Os processos corrosivos denominados de corrosão seletiva são aqueles em que se tenha a

formação de um par galvânico devido a grande diferença de nobreza entre dois elementos de uma liga

metálica. Os dois principais tipos de corrosão seletiva são a grafítica e a dezincificação.

CORROSÃO GRAFÍTICA

Designa-se corrosão grafítica ao processo corrosivo que ocorre nos ferros fundidos cinzentos e no

ferro fundido nodular.

O ferro fundido é normalmente usado para tubulações de água, de esgotos, drenagem, dentre

outras.

Sendo o grafite um material muito mais catódico que o ferro, os veios ou nódulos de grafite do

ferro fundido agem como área catódica enquanto o ferro age como área anódica transformando-se em

produto de corrosão.

Observa-se então em tubos velhos de ferro fundido, que se pode com uma faca ou canivete

desagregar com facilidade a parede do tubo à semelhança de um bloco de grafite.

A corrosão grafítica, em geral, não contra-indica a utilização dos tubos de ferro fundido para os

usos normais, porque as exigências de pressões pequenas e o tubo suporta bem, mesmo quando corroído.

Para minimizar os problemas de corrosão grafítica é prática usual revestir os tubos, internamente com

argamassa de cimento e externamente com um revestimento adequado por tubulações enterradas.

CORROSÃO POR DEZINCIFICAÇÃO

Designa-se por dezincificação ao processo corrosivo que se observa nas ligas de zinco,

especialmente latões, utilizados em trocadores de calor (resfriadores, condensadores, etc), tubulações para

água salgada, dentre outras.

MATOZO,H.C. 15

Do processo de corrosão resulta a destruição do zinco (material mais anódico) restando o cobre e

produtos de corrosão.

Observa-se maior tendência a dezincificação nos latões com alto teor de zinco, como por exemplo:

latão alumínio (76% Cu, 22% Zn e 2% Al), latão amarelo (67% Cu e 33% Zn).

O processo corrosivo pode se apresentar mesmo em ligas mais resistentes como o latão vermelho

(85% Cu e 15% Zn), caso a liga não seja bem homogênea.

A dezincificação pode ser evitada com tratamento térmico de solubilização da liga e com uso das

ligas que contenha elementos inibidores como As e o Sb.

CORROSÃO ASSOCIADA AO ESCOAMENTO DE FLUIDOS

No escoamento de fluidos pode-se ter a aceleração dos processos corrosivos em virtude da

associação do efeito mecânico com a ação corrosiva.

Os principais tipos de corrosão associada com escoamento são a corrosão-erosão, a corrosão com

cavitação e a corrosão por turbulência.

CORROSÃO-EROSÃO

Erosão de um material metálico é o desgaste mecânico provocado pela abrasão superficial de uma

substância sólida, líquida ou gasosa.

A ação erosiva sobre um material metálico é mais freqüente nos seguintes casos:

•quando se desloca um material sólido;

•quando se desloca um líquido contendo partículas sólidas;

•quando se desloca um gás contendo partículas líquidas ou sólidas.

No caso de líquidos e gases a ação erosiva ocorre normalmente, em tubulações, em permutadores,

em pás de turbinas.

A erosão provoca o desgaste superficial capaz de remover as películas protetoras constituídas de

produtos de corrosão.

Desta forma, um processo corrosivo torna-se mais intenso quando combinado com erosão.

A corrosão produz a película de produto de corrosão, o processo erosivo remove expondo a

superfície a novo desgaste corrosivo.

O resultado final será de um desgaste muito maior do que se apenas o processo corrosivo ou

erosivo agisse isoladamente.

CORROSÃO COM CAVITAÇÃO

Cavitação é o desgaste provocado em uma superfície metálica devido a ondas de choque do

líquido, oriundas do colapso de bolhas gasosas.

MATOZO,H.C. 16

A cavitação surge em zonas de baixa pressão onde o líquido entra em ebulição formando bolhas,

as quais ao tomarem em contato com zonas de pressão mais alta são destruídas instantaneamente criando

ondas de choque no líquido.

A cavitação da mesma forma que a erosão destrói as películas de produtos de corrosão expondo o

material a novo desgaste corrosivo, além de provocar a deformação plástica com encruamento em face da

incidência de ondas de choque de alta pressão e portanto a criação de áreas anódicas.

Deste modo, o desgaste resultante será maior no caso de conjugar os dois fenômenos do que

aquele observado pela ação de cada um isoladamente.

CORROSÃO POR TURBULÊNCIA

É um processo corrosivo associado ao fluxo turbulento de um líquido. Ocorre particularmente

quando há redução na área de fluxo.

Se o movimento turbulento propiciar o aparecimento de bolhas gasosas, poderá ocorrer o choque

destas bolhas com a superfície metálica e o processo erosivo resultante é denominado de impingimento. O

ataque difere da cavitação quanto a forma do desgaste, sendo no caso do impingimento comum alvéolos

sob a forma de ferradura e as bolhas causadoras são em geral de ar, enquanto que na cavitação são bolhas

de vapor do produto.

CORROSÃO INTERGRANULAR

A corrosão intergranular acontece quando existe um caminho preferencial para a corrosão na

região dos contornos de grão. Observando-se que os grãos vão sendo destacados a medida que a corrosão

se propaga.

O principal fator responsável pela diferença na resistência a corrosão da matriz (material no meio

do grão) e do material vizinho ao contorno é a diferença que apresentam na composição química nestes

locais.

Deste modo, mesmo que a alteração na composição química não seja suficiente para eliminar

totalmente a capacidade de formação da camada passiva, verifica-se que existe uma corrente de corrosão

devido a diferença de potencial ocasionada pelas características diferentes dos materiais.

No caso da corrosão intergranular dos aços inoxidáveis, a diferença na composição química se

deve à formação de uma zona empobrecida em cromo nas vizinhanças dos contornos de grão, em

conseqüência da precipitação de carbonetos de cromo. Em outros casos átomos solutos podem ser

segregados no contorno de grão, aumentando a sua reatividade. Em outros casos ainda, os próprios

átomos do contorno podem ter maior tendência à passar para solução.

O exame metalográfico geralmente não é capaz de detectar a susceptibilidade à corrosão

intergranular, sendo necessária a realização de testes específicos para esta finalidade.

MATOZO,H.C. 17

A corrosão intergranular não requer a presença simultânea de meio corrosivo e esforços de tração

como é o caso da corrosão-sob-tensão, objeto do item seguinte.

A seguir são apresentadas como exemplos os casos de corrosão intergranular em dois grupos de

material, os aços inoxidáveis e as ligas de alumínio. Outros casos de corrosão intergranular existem, como

em ligas de níquel.

CORROSÃO INTERGRANULAR NOS AÇOS INOXIDÁVEIS

Os aços inoxidáveis sofrem corrosão intergranular devido à formação de um zona empobrecida em

cromo ao longo dos contornos de grão, como conseqüência da precipitação, neste local, de carbonetos de

cromo (Cr23C6). Átomos de cromo desta região, que se encontravam em solução sólida no aço, difundem-

se para os contornos de grão, formando carbonetos, diminuindo a resistência à corrosão.

A formação desta zona empobrecida em cromo chama-se sensitização, porque torna o material

sensível à corrosão intergranular.

A sensitização depende do teor de carbono do aço inoxidável e do tempo em certa temperatura. Os

aços austeníticos sofrem sensitização quando são expostos na faixa de 400 a 950oC, enquanto que os

ferríticos somente para temperaturas acima de 925ºC.

A exposição de um aço inoxidável sensitizado ao meio corrosivo não leva necessariamente à

ocorrência da corrosão intergranular. Muitos meios corrosivos como, por exemplo, ácido acético na

temperatura ambiente, soluções alcalinas como carbonato de sódio, ou ainda água potável não causam

corrosão intergranular, nestes casos não há motivo de preocupação quanto a sensitização.

Por outro lado diversos meios causam corrosão intergranular, como: ácidos acético à quente,

nítrico, sulfúrico, fosfórico, crômico, clorídrico, cítrico, fórmico, lático, oxálico, ftálico, maleico e graxos;

nitrato de amônia, sulfato de amônia, cloreto ferroso, sulfato de cobre e SO2 (úmido).

Existem diversos testes para se verificar a susceptibilidade à corrosão intergranular, sendo que os

mais comuns se encontram descritos no ASTM A 262. Um destes (prática A) é o ataque eletrolítico numa

solução de ácido oxálico, que é um ensaio da realização simples e rápida e que permite ou a aprovação do

material (ausência de sensitização) ou indica a necessidade de um teste adicional, mais caro e demorado.

Existem também testes eletroquímicos, como o teste baseado na reativação potenciocinética. Um

aço inoxidável não sensitizado terá sua camada passiva protetora eficiente durante um certo tempo, caso

lhe seja imposto um certo potencial eletroquímico antes do cotovelo da curva de polarização anódica.

Caso o aço esteja sensitizado as regiões empobrecidas em cromo irão nuclear a ruptura da passividade

rapidamente, sendo detectável uma elevada corrente de corrosão. Este teste eletroquímico é possível de

ser feito em campo.

MATOZO,H.C. 18

A prevenção da corrosão intergranular (a prevenção da sensitização) se faz empregando-se aços

inoxidáveis austeníticos com teor de carbono inferior a 0.03% ou aços contendo elementos como nióbio

ou titânio, que fixam o carbono, não o deixando livre para formar precipitados com o cromo. Mesmo com

o emprego destes aços devem ser tomados cuidados quanto à realização de tratamentos térmicos

posteriores à soldagem, os quais podem causar sensitização.

Outra técnica de prevenção é a solubilização, que consiste no reaquecimento de um aço inoxidável

sensitizado acima de 1050oC, seguido de um resfriamento muito rápido de modo que não haja tempo para

a reprecipitação dos carbonetos. Esta técnica só é viável em peças que possam ser submetidas ao

desempeno (o choque térmico causa significativas deformações) e também à decapagem (o aquecimento

provoca a oxidação). Uma aplicação usual do tratamento de solubilização está na fabricação de tubos de

aço inoxidável com costura.

Os aços inoxidáveis ferríticos apresentam uma velocidade de difusão do cromo muito maior que

os austeníticos, o que significa que nestes aços a sensitização é muito mais rápida.

Nos aços inoxidáveis ferríticos a sensitização deve-se à precipitação de carbonetos e nitretos de

cromo. Nestes materiais o número de meios corrosivos capazes de provocar a corrosão intergranular é

bem maior.

O uso de baixo de carbono ou o uso de elementos estabilizantes, como o nióbio ou titânio não são

medidas tão efetivas como o caso dos aços austeníticos.

Para se prevenir a corrosão intergranular dos aços inoxidáveis ferríticos, a solução consiste em se

aplicar um tratamento térmico relativamente prolongado (cerca de 2 a 3 horas) a 790oC, com o objetivo de

promover a difusão do cromo da matriz (interior do grão) para a região empobrecida, restaurando a

resistência à corrosão.

Os aços inoxidáveis de estrutura duplex (austeno-ferríticos) tem geralmente maior resistência à

corrosão intergranular que os aços austeníticos de mesmo teor de carbono. Isto ocorre porque a

precipitação de carbonetos é mais aleatória na estrutura, em vez de ficar concentrada junto aos contornos

de grão, e porque a fase ferrita é mais rica em cromo que a austenita, podendo perder cromo para os

precipitados e manter ainda cromo em solução sólida suficiente para resistir à corrosão.

CORROSÃO INTERGRANULAR DE LIGAS DE ALUMÍNIO

Ligas de alumínio-magnésio contendo acima de 3% de magnésio podem formar precipitados de

Mg2Al8 nos contornos de grão. Estes precipitados são corroídos porque são menos resistentes à corrosão

do que a matriz.

Caso similar ocorre nas ligas de alumínio-magnésio-zinco devido à formação do precipitado de

MgZn2.

MATOZO,H.C. 19

No caso das ligas alumínio-cobre os precipitados de CuAl2 são mais nobres que a matriz,

aparentemente agindo como catodos e acelerando a corrosão da região vizinha ao contorno de grão,

empobrecida em cobre.

Eliminando-se os precipitados, elimina-se a causa da corrosão intergranular. Entretanto, no caso

das ligas de alumínio mencionadas, os precipitados são imprescindíveis para a elevação da resistência

mecânica. Na seleção do material para serviço em um determinado meio corrosivo, deve-se evitar o uso

de ligas susceptíveis à corrosão intergranular.

FISSURAÇÃO POR CORROSÃO

As trincas formadas pela corrosão intergranular, como visto no item anterior, não requerem a ação

de esforços externos. Neste caso a fissuração decorre da corrosão segundo um estreito caminho

preferencial.

Neste item são abordados mecanismos de corrosão que produzem trincas e que estão associados

com esforços mecânicos, sejam aplicados sobre o material, sejam decorrentes do processo de fabricação,

como tensões residuais, ou sejam ainda conseqüência do próprio processo corrosivo.

Os tipos de trincas podem ser intergranulares ou transgranulares, e podem ou não estar associadas

a inclusões ou segundas fases presentes.

A propagação das trincas associadas aos processos de corrosão é geralmente muito lenta, até que

seja atingido o tamanho crítico para a ocorrência da fratura frágil. Nesta situação, em função dos esforços

atuantes, pequenas trincas podem nuclear fraturas de grandes proporções, deflagradas de modo

praticamente instantâneo.

A análise da significância de defeitos (trincas) é feita pela mecânica da fratura, utilizando-se, por

exemplo, publicações como o PD 6493 - Guindance on Some Methods for the Derivation of Acceptance

Levels for Defects in Fusion Welded Joints, editado pela British Standards Institution.

CORROSÃO SOB TENSÃO

A corrosão sob tensão acontece quando um material, submetido a tensões de tração (aplicadas ou

residuais), é colocado em contato com um meio corrosivo específico. As condições metalúrgicas do

material, como dureza, encruamento, fases presentes, são fatores freqüentemente decisivos. A tensão de

tração deve necessariamente ser superior a um certo valor limite.

Neste tipo de corrosão formam-se trincas no material, sendo a perda de espessura muitas vezes

desprezível. As trincas decorrentes da corrosão sob tensão podem ser intergranulares ou transgranulares.

A corrosão sob tensão intergranular ocorre quando a direção preferencial para a corrosão é o contorno de

grão, geralmente devido à precipitação de segundas fases nos contornos ou à existência de segregações

neste local.

MATOZO,H.C. 20

A propagação de trinca por corrosão sob tensão é geralmente lenta, até atingir o tamanho crítico

para uma ruptura brusca.

Não existem um mecanismo geral para explicar o fenômeno da corrosão sob tensão, cada par

material-meio específico apresenta sua particularidades.

De um modo geral as combinações resultam na formação de filme ou película na superfície do

material, que lhe confere grande resistência a corrosão uniforme.

Os mecanismos propostos para explicar os diversos casos podem ser grupados em anódicos e

catódicos, conforme a principal causa da propagação seja a dissolução do material na ponta da trinca ou a

fratura associada à presença de hidrogênio atômico na estrutura cristalina (fragilização pelo hidrogênio).

Vários modelos de corrosão sob tensão estão propostos, ainda em pesquisa.

Nos diversos casos de corrosão sob tensão podem ocorrer simultaneamente dois ou mais modelos.

Alguns, dentre os principais modelos, são:

a. Modelo da dissolução anódica da ponta da trinca No modelo da dissolução a propagação deve-

se à deformação plástica na ponta da trinca pela chegada à superfície de discordância. O filme

passivo é rompido, facilitando a corrosão do material exposto diretamente à ação do meio

corrosivo. O mecanismo de ruptura do filme passivo é atribuído principalmente à corrosão sob

tensão intergranular. Alguns exemplos de atuação deste mecanismo são os casos de corrosão sob

tensão do aço carbono em nitratos, de ligas de alumínio em cloretos e de latões em amônia;

b. Modelo da formação de túneis de corrosão Neste modelo o filme passivo é rompido pela

emersão de degraus de deslizamento, formando-se pequenos pites que se desenvolvem numa fina

rede de túneis que é rompido por fratura dútil. Os pites formados podem ter a forma de fendas,

com largura da ordem de dimensões atômicas, como conseqüência das tensões de tração atuantes.

Este modelo explica a corrosão sob tensão transgranular do aço inoxidável austenítico na presença

de cloretos;

c. Modelo da Adsorção A adsorção de espécies químicas presentes no meio, na superfície do

material da ponta da trinca, promove uma diminuição da resistência da ligação interatômica,

facilitando a propagação da fratura por corrosão sob tensão;

d. Modelo da película de empanado Este modelo se aplica tanto à corrosão transgranular como

intergranular. A fratura da película de corrosão expõe o metal diretamente ao meio, permitindo sua

corrosão e refazendo a película. Deste modo a trinca avança um pouco a cada ciclo de fratura e

corrosão. Este modelo pode ocorrer no caso de latões na presença de amônia e oxigênio.

e. Modelo da fragilização pelo hidrogênio Este modelo vem a acontecer na realidade quando

existem átomos de hidrogênio em solução sólida na estrutura cristalina do material. A origem

MATOZO,H.C. 21

destes átomos de hidrogênio não é importante para o funcionamento do modelo em si. Uma destas

fontes é a reação catódica de redução dos íons de hidrogênio, que ocorre em meios desaerados.

Os átomos de hidrogênio tendem a se difundir para locais de maior concentração de tensões, como

a ponta de trinca, interagindo com o material de maneira ainda discutível.

Dentre as teorias existentes para explicar a fragilização pelo hidrogênio destacam-se: a teoria da

decoesão da ligação atômica, onde os átomos de hidrogênio interagem com os elétrons

responsáveis pela ligação metálica, reduzindo sua resistência e promovendo a fratura frágil por

clivagem, e a teoria da plasticidade concentrada, onde a criação e movimentação de discordância é

facilitada pela presença dos átomos de hidrogênio, levando a um amolecimento do material da

ponta da trinca e sua propagação por coalescimento de microcavidades.

A fragilização pelo hidrogênio ocorre, por exemplo, em aços na presença de H2S e em aços de alta

resistência na presença de cloretos.

A prevenção da corrosão sob tensão é mais fácil na etapa de projeto. Para corrigir uma situação já

existente o número de opções possíveis é menor e recai, em geral, na utilização de práticas

normais de prevenção contra a corrosão eletroquímica.

FISSURAÇÃO INDUZIDA PELA PRESSÃO DE HIDROGÊNIO

O hidrogênio no estado nascente (atômico) tem grande capacidade de difusão em materiais

metálicos.

Dessa forma se o hidrogênio for gerado na superfície de um material, ele migra para o interior e

acumula-se em falhas existentes.

O hidrogênio acumulado passa da forma nascente a molecular e provoca o aparecimento de altas

pressões no interior da falha.

As tensões oriundas da pressão do gás poderão ser suficientes para escoar o material e, nesse caso,

os danos são irreversíveis, ou apenas para torná-lo mais frágil e, neste caso com a eliminação do

hidrogênio antes da solicitação, o material voltará as suas condições normais.

Quando o acúmulo de hidrogênio é em falhas próximas à superfície, a deformação pode provocar

empolamentos, sendo comum denominar este processo de empolamento pelo hidrogênio.

As principais causas do aparecimento de hidrogênio podem ser:

•Processos de decapagem ácida;

•Decomposição da umidade e água de cristalização contida em alguns tipos de revestimento de

eletrodo que gera hidrogênio atômico no processo de soldagem por eletrodo revestido;

•Reações de corrosão que liberam hidrogênio como a seguinte: Fe = H2 FeS + H2 observada no

processamento de petróleo contendo enxofre;

MATOZO,H.C. 22

•Reações catódicas em estruturas protegidas catodicamente;

•Ação de gases ricos em hidrogênio.

FRAGILIZAÇÃO POR METAL LÍQUIDO

A fragilização por metal líquido é um processo comum em sistemas de refrigeração de reatores

nucleares com metal líquido. Pode ocorrer devido o desequilíbrio termodinâmico na interface metal-

líquido-metal sólido ou devido a penetração intergranular de metais líquidos no material dos recipientes.

CORROSÃO-FADIGA

A fadiga de um material é a progressão de uma trinca a partir da superfície até a fratura, quando o

material é submetido a solicitações mecânicas cíclicos.

A fadiga inicia-se em um imperfeição superficial que é um ponto de concentração de tensões e

progride perpendicularmente a tensão. A progressão da trinca dá-se pela deformação plástica verificada

na base da trinca associada ao constante aumento de concentração de tensões. Após atingir um tamanho

crítico na trinca, este se rompe bruscamente causando a falha por fadiga do equipamento.

A resistência à fadiga dos materiais é determinada através das curvas de fadiga, nestas curvas

relaciona-se a tensão aplicada como o número de ciclos para ocorrência de fadiga. Observa-se que para os

materiais ferrosos há um limite tensão abaixo do qual por mais que se aumente o número de ciclos não

haverá fadiga, a este valor de tensão chama-se limite da fadiga. Os metais não ferrosos de modo geral não

apresentam limite de fadiga.

Um processo corrosivo pode ser a causa do surgimento da trinca superficial por onde inicia-se a

fadiga. A base da trinca é uma região tensionada e encruada que age como área anódica em relação ao

restante do material, logo a presença de um eletrólito no interior da trinca provoca corrosão e acelera a

progressão da mesma.

A associação dos dois efeitos causa a falha do material em um número muito menor de ciclos do

que se o fenômeno de fadiga ou corrosão isoladamente.

Com a ocorrência dos dois efeitos as curvas de fadiga ficam profundamente modificadas e mesmo

para os metais ferrosos desaparece o limite de fadiga quando se tem corrosão fadiga.

8 – Taxas de corrosão

As taxas de corrosão expressam a velocidade do desgaste verificado na superfície metálica. A

avaliação correta das taxas de corrosão é, de modo geral, de grande importância para a determinação da

vida útil provável de equipamentos e instalações industriais. Os valores das taxas de corrosão podem ser

expressos por meio da redução de espessura do material por unidades de tempo, em mm/ano ou em perda

MATOZO,H.C. 23

de massa por unidade de área, por unidade de tempo, por exemplo mg/dm2/dia (mdd). Pode ser expressa

ainda em milésimos de polegada por ano (mpy).

O cálculo das taxas de corrosão em mm/ano e mpy, quando se conhece a perda de massa pode ser dada

pelas seguintes expressões:

Onde:

mm/ano = é a perda de espessura, em mm por ano;

= perda de massa, em mg; S = área exposta, em cm2; t = tempo de exposição, em dias; = massa

específica do material, em g/cm3.

onde:

mpy = é a perda de espessura, em milésimos de polegada por ano; = perda de massa, em mg; S

= área exposta, em pol2; t = tempo de exposição, em horas; = massa específica do material, em g/cm3.

Para conversão das taxas dadas em mm/ano e mpy para mdd usa-se as seguintes expressões:

sendo:

mdd = mg/dm2/dia ;

MATOZO,H.C. 24

9 - Corrosão Química

Corrosão química é um processo que se realiza na ausência de água, em geral em temperaturas

elevadas (temperatura acima do ponto de orvalho da água), devido a interação direta entre o metal e o

meio corrosivo.

Os processos corrosivos de natureza química ocorrem, normalmente, em temperaturas elevadas,

porque na temperatura ambiente o sistema não possui energia para reação.

Pelo fato destes processos serem acompanhados de temperaturas elevadas, são comumente

conhecidos por processos de corrosão ou oxidação em altas temperaturas.

A corrosão química é um produto da era industrial e ocorre em equipamentos que trabalham

aquecidos, tais como: fornos, caldeiras, unidades de processo, etc.

Os produtos da corrosão nos processos químicos formam-se por difusão no estado sólido. A

difusão constitui-se do deslocamento de ânions do meio corrosivo, por exemplo O-2, e cátions do metal,

por exemplo Fe2+.

A movimentação dos íons se dá através da película de produto de corrosão e a sua velocidade

cresce com o aumento da temperatura.

O deslocamento pode ser dos ânions no sentido do metal, dos cátions no sentido do meio ou

simultânea.

A difusão catiônica (cátions no sentido do meio) é mais freqüente porque os íons metálicos são,

em geral, menores que os ânions (especialmente o O-2), tornando a passagem dos mesmos pela rede

cristalina do óxido mais facilitada e mais provável.

Como se trata de difusão no estado sólido, a corrosão é influenciada fundamentalmente pela

temperatura, pelo gradiente de concentração do metal e pelas leis de migração em face das imperfeições

reticulares e nos semicondutores.

10 – Películas protetoras

As películas formadas em corrosão química poderão ser protetoras ou não, dependendo das

seguintes características:

•Volatilidade: as protetoras devem ser não voláteis;

•Resistividade elétrica: as películas de maior resistividade elétrica oferecem maior dificuldade à

difusão iônica e logicamente são mais protetoras por imporem maior restrição à passagem destes

íons;

•Impermeabilidade da rede cristalina: quanto mais compacta a rede cristalina maior será a

dificuldade para a difusão e, portanto, mais protetora;

MATOZO,H.C. 25

•Aderência: as películas mais finas são, de modo geral, mais aderentes quando a rede cristalina do

produto de corrosão é semelhante a do metal tem-se normalmente maior aderência da película.

Películas mais aderentes são mais protetoras;

•Refratariedade: as películas para serem protetoras não devem fundir a baixas temperaturas;

•Elasticidade: as películas muito duras fraturam com facilidade, tendendo a ser menos protetoras;

•Porosidade: está intimamente ligada à impermeabilidade da rede cristalina. Quanto menos porosa

mais protetora é a película;

•Relação entre o volume do óxido e do metal que originou o óxido:

Para

a película é formada sob compressão podendo ser protetora;

Para

A película é formada sob tração, é porosa e não protetora. Estas relações foram estabelecidas por Pilling e

Bedworth (1923) para alguns metais e estão citados na Tabela 4.

Tabela 4 - Relação de Pilling e Bedworth

METAL METAL ÓXIDO RELAÇÃOK K2O 0,41Na Na2O2 0,57Ca CaO 0,64Ca MgO 0,79Al Al2O2 1,275Pb PbO 1,29Sn SnO2 1,34Zn ZnO 1,58Ni NiO 1,60Cu Cu2O 1,71Cr Cr2O2 2,03Fe Fe2O3 2,16Mo MoO3 3,3W WO3 3,6

Das propriedades mencionadas e da relação de Pilling e Bedworth podem ser tiradas as seguintes

conclusões relacionadas às películas protetoras:

MATOZO,H.C. 26

a. K, Na, Ca, Mg formam películas porosas e, não protetoras, que apresentam crescimento linear;

b. Fe, Ni, Cu formam películas compactas, porém fraturam e perdem aderência com facilidade

apresentando um crescimento parabólico;

c. Al e Cr formam películas compactas, aderentes, plásticas, impermeáveis, logo são muito protetoras

apresentando um crescimento logarítmico;

d. O W e Mo formam películas compactas porém são voláteis e apresentam um crescimento linear.

11 - Técnicas de Ampliação da Resistência à Corrosão ou de Proteção Anticorrosiva

Os materiais metálicos podem ter resistência própria à corrosão ou tê-la ampliada pela utilização

dos métodos ou técnicas de proteção anticorrosiva.

A tecnologia hoje existente permite a utilização dos materiais em praticamente todos os meios

corrosivos com a durabilidade dentro da extensão desejada.

PRINCÍPIOS BÁSICOS DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO E DA PROTEÇÃO

ANTICORROSIVA

A resistência à corrosão dos materiais metálicos está associada ao fato dos mesmos serem

expostos ao meio corrosivo, apresentando taxas de corrosão baixas e controladas.

Esta resistência pode decorrer de características próprias do material ou ser conferida por métodos

de proteção anticorrosiva.

Controlar a corrosão consiste portanto em se obter o controle das velocidades de corrosão, ou seja,

do funcionamento das pilhas de corrosão no caso da corrosão eletroquímica e do crescimento da película

no caso da corrosão química ou oxidação a altas temperaturas.

PRINCÍPIOS BÁSICOS DE CONTROLE DA CORROSÃO ELETROQUÍMICA

Controlar a corrosão eletroquímica significa paralisar ou diminuir a intensidade das pilhas de

corrosão. Como se viu nos Capítulos anteriores os fenômenos mais importantes na resistência à corrosão

são a polarização e a passivação.

Os fenômenos de polarização que acompanham os processos corrosivos podem ser acelerados por

técnicas tais como o uso de inibidores, proteção catódica, revestimentos dentre outros, enquanto os

fenômenos de passivação conferem ao material um comportamento de maior nobreza e podem ser

acelerados pelo uso de proteção anódica e modificações no meio corrosivo como, por exemplo, o controle

de pH.

O controle de corrosão eletroquímica pode ser anódico, catódico ou misto.

RESISTÊNCIA À CORROSÃO ELETROQUÍMICA DO MATERIAL

MATOZO,H.C. 27

Os materiais metálicos podem possuir resistência própria a determinados meios corrosivos. Esta

resistência está associada à passivação do material no meio corrosivo considerado, o qual é função da

composição química do material. Dentre os elementos de liga que formam a camada passiva podemos

citar: alumínio, cromo, titânio, níquel, entre outros.

MÉTODOS QUE MELHORAM A RESISTÊNCIA À CORROSÃO

Alguns materiais de elevado uso industrial possuem baixa resistência a corrosão na maioria dos

meios. Esta resistência pode ser melhorada, ampliada ou até mesmo obtida no seu mais elevado grau,

utilizando de técnicas ou métodos de proteção anticorrosiva que promovem a passivação ou a polarização

do material. Dentre estas técnicas ou métodos podem ser citados os revestimentos, os inibidores de

corrosão, as técnicas de modificação do meio, a proteção catódica e anódica e ainda o controle pelo

projeto.

12 - Revestimentos

Os revestimentos constituem-se em películas interpostas entre o metal e o meio corrosivo,

ampliando a resistência a corrosão do material metálico. Esta película pode dar ao material um

comportamento mais nobre, como é o caso das películas metálicas mais catódicas que o metal de base, ou

protegê-lo por ação galvânica, ou ainda, se constituem numa barreira entre o metal e o meio e desta forma

aumentar a resistência de contato das áreas anódicas e catódicas das pilhas de corrosão. Os revestimentos

podem ser: metálicos, não metálicos inorgânicos ou orgânicos e a sua utilização pode ser no aumento da

resistência à corrosão atmosférica, na imersão e na corrosão pelo solo.

13 - Inibidores de Corrosão

O aumento da resistência à corrosão pelo uso dos inibidores de corrosão constitui-se em uma

técnica muito utilizada, especialmente quando o meio corrosivo é líquido e trabalha em circuito fechado.

Os inibidores são compostos químicos adicionados ao meio que promovem polarização anódica ou

catódica, ou são formadores de película que aumentam a resistência de contato das áreas anódicas e

catódicas das pilhas de corrosão.

14 - Técnicas de Modificação do Meio Corrosivo

Além dos inibidores que agem através do meio corrosivo há outras técnicas importantes de

modificação do meio, dentre elas vale destacar a desaeração e o controle do pH.

MATOZO,H.C. 28

A desaeração consiste na retirada de oxigênio do meio, sendo o oxigênio um agente

despolarizante, com a sua retirada favorece-se a polarização catódica com a conseqüente diminuição da

intensidade do processo corrosivo.

Os processos de retirada de oxigênio podem ser químicos ou mecânicos.O processo químico é

realizado pelos seqüestradores de oxigênio, enquanto que a retirada do processo mecânico é feita em

desaeração por arraste do oxigênio por um outro gás, comumente vapor, ou em câmara de vácuo onde a

descompressão propicia a saída de gases.

O controle de pH visa favorecer a passivação dos metais, que se tornam passivos com o pH

ligeiramente básico. Cuidados especiais deve-se ter com os metais anfóteros que perdem a resistência à

corrosão em meios muito básicos e com a precipitação de compostos de cálcio e magnésio que se tornam

insolúveis em pH elevado, podendo trazer problemas de incrustação.

Estes dois métodos de aumento da resistência a corrosão são muito utilizados em sistemas de água

de refrigeração, água de caldeira, água de injeção em poços de petróleo, em fluidos diversos como os de

perfuração de poços de petróleo e os de complementação.

Destaca-se ainda, como métodos que reduzem as taxas de corrosão o controle de velocidade

relativa metal/eletrólito e o controle de temperatura.

15 - Proteção Catódica e Anódica

A proteção catódica é um método de aumento da resistência à corrosão, que consiste em tornar a

estrutura a proteger em catodo de uma célula eletroquímica ou eletrolítica, forçando um alto grau de

polarização catódica.

Proteção catódica é empregado para estruturas enterradas ou submersas. Não pode ser usada em

estruturas aéreas em face da necessidade de um eletrólito contínuo, o que não se consegue na atmosfera.

A proteção anódica é um método de aumento da resistência à corrosão que consiste na aplicação

de uma corrente anódica na estrutura a proteger. A corrente anódica favorece a passivação do material

dando-lhe resistência à corrosão. A proteção anódica é empregada com sucesso somente para os metais e

ligas formadores de película protetoras, especialmente o titânio, o cromo, ligas de ferro-cromo, ligas de

ferro-cromo-níquel.

O seu emprego encontra maior interesse para eletrólitos de alta agressividade (eletrólitos fortes),

como por exemplo um tanque metálico para armazenamento de ácidos.

A proteção anódica não só propicia a formação da película protetora mas principalmente mantém a

estabilidade desta película. O emprego de proteção anódica é ainda muito restrito no Brasil, porém tem

grande aplicação em outros países na indústria química e petroquímica.

MATOZO,H.C. 29

16 - Controle de Corrosão na Fase de Projeto

O aumento da resistência à corrosão através de práticas de proteção anticorrosiva adotadas na fase

de projeto é uma das mais importantes formas de controle de corrosão.

Este aumento de resistência pode ser obtido de duas formas, a primeira adotando práticas que

minimizem os problemas de corrosão e a segunda utilizando as técnicas de proteção anticorrosiva.

METAIS E LIGAS METÁLICAS - INFLUÊNCIA DE ELEMENTOS DE LIGA

Os materiais metálicos resistentes à corrosão química são aqueles formadores de películas

protetoras.

As características das películas protetoras foram vistas anteriormente e para que o desgaste no

material seja adequado é necessário que o crescimento da película seja logarítmico (películas muito

protetoras) ou parabólico (películas semiprotetoras).

O crescimento logarítmico seria o ideal e o crescimento parabólico desejável.

A seleção do material metálico deve ser efetuada considerando principalmente a temperatura de

trabalho e o meio corrosivo. Algumas observações sobre os materiais são:

•Adição de determinados elementos de liga melhoram a resistência a oxidação os aços, entre os

quais podem ser citados: Cr, Ni, Mo, Si e Al, sendo o cromo e o níquel os elementos de maior

importância;

•Adição de cromo nos aços aumenta a resistência a oxidação de acordo com a tabela 5.

Tabela , Aumento da resistência à corrosão com a adição de Cromo

% CROMO TEMPERATURA MÁXIMA (oC)0, 75 - 1 540

2 - 3 6004 - 6 6507 - 9 70013 75017 85021 1.00025 1.100

•Adição de Ni nos aços também aumenta a resistência a oxidação em atmosferas oxidantes e

isentas de gases de enxofre. Em atmosferas contendo gases de enxofre e não oxidante há a

formação de um eutético Ni3S2-Ni que funde a 645°C responsável pela pouca resistência das ligas

de níquel;

MATOZO,H.C. 30

•As ligas de Ni - monel (Ni - 67%, Cu - 32%), inconel (Ni - 78%, Cr - 14% e Fe - 7%) e outras são

resistentes à corrosão em atmosferas oxidantes. Ligas contendo alto teor de Ni e de Cr resistem

satisfatoriamente à cinzas contendo vanádio e sulfato de sódio, sendo as principais a 50 Cr e 50 Ni

e a 60 Cr e 40 Ni.

De acordo com as observações acima, verifica-se a grande utilização das ligas Fe-Cr, Fe-Cr-Ni e

Ni-Cr na construção de equipamentos que trabalham a alta temperatura tais como:

•Tubos de fornos e caldeiras;

•Queimadores;

•Reatores e regeneradores de unidades de FCC;

•Equipamentos de processo na indústria química, petroquímica e de petróleo;

•Componentes de máquinas: pás de turbinas, válvulas de motores de combustão interna, etc.

EMPREGO DE REVESTIMENTOS REFRATÁRIOS E ISOLANTES

O emprego de materiais refratários e isolantes consiste na interposição de um revestimento entre a

superfície metálica e o meio corrosivo e altas temperaturas.

Material refratário ou produto refratário são todos aqueles materiais naturais ou manufaturados,

em geral não metálicos, que podem suportar sem se deformar ou fundir, a temperaturas elevadas em

condições específicas de emprego.

A refratariedade simples mínima ou cone pirométrico equivalente mínimo para que um material

possa ser considerado refratário, corresponde ao CONE ORTON 15 (1435 oC - ABNT).

Material isolante térmico é aquele cuja característica principal é a capacidade de impedir trocas de

calor entre duas regiões submetidas a temperaturas diferentes.

Modernamente surgiram os materiais conhecidos por refratário-isolante que, além de serem

capazes de trabalhar em temperaturas elevadas, apresentam também boas características isolantes.

Os materiais refratários e refratários-isolantes na indústria do petróleo, são usados exclusivamente

no revestimento interno de equipamentos que trabalham com temperaturas elevadas, tais como: fornos de

aquecimento de carga, fornalhas de geradores, de vapor, chaminés, dutos e em conversores de unidades

de craqueamento catalítico fluido (UFCC).

Por outro lado os materiais isolantes são largamente utilizados no revestimento externo de

equipamentos tais como tubulações, vasos, etc., por razões econômicas, de processo ou segurança

pessoal. Entretanto, são também bastante usados no revestimento interno de fornos e caldeiras, não em

contato direto com os gases de combustão, mas sim protegidos por uma primeira camada de um material

refratário ou refratário-isolante, obtendo-se assim um conjunto de alta eficiência térmica.

MATOZO,H.C. 31

Os materiais refratários e refratários-isolantes usados nos fornos, caldeiras, dutos e chaminés, são,

em geral, do tipo sílico-aluminoso ou aluminoso, dado a excelente compatibilidade das características

mecânicas, químicas e térmicas destes materiais com as solicitações de serviço normalmente encontradas

naqueles equipamentos.

17 - Inibidores de Corrosão

Os inibidores são compostos químicos que, quando adicionados ao meio corrosivo, diminuem a

sua agressividade, por um dos seguintes mecanismos:

•Inibição anódica (inibidores anódicos): são compostos que formam produtos insolúveis nas áreas

anódicas, produzindo uma polarização anódica. Estes inibidores são também chamados de

passivadores.

Exemplo: hidróxidos, carbonatos, fosfatos, silicatos, boratos de metais alcalinos, nitrito de sódio e

cromatos de potássio e sódio.

•Inibição catódica (inibidores catódicos): são compostos que formam produtos insolúveis nas

áreas catódicas, produzindo uma polarização catódica.

Exemplo: sulfatos de zinco, magnésio ou níquel.

•Inibição por barreira (inibidores por adsorção): são compostos que têm a propriedade de formar

películas por adsorção à superfície metálica, criando uma película protetora sobre as áreas

anódicas e catódicas.

Exemplo: sabões de metais pesados, aminas, uréia, etc.

•Seqüestradores de oxigênio: são compostos que reagem com o oxigênio promovendo a

desaeração do meio:

Exemplo: Sulfito de sódio ( Na2SO3 + 1/2 O2 Na2SO4 ) Hidrazina ( N2H4 + O2 N2 + 2H2O )

As principais aplicações dos inibidores são:

•destilação de petróleo;

•tratamento de água (caldeira, refrigeração e de injeção);

•limpeza química e decapagem ácida;

•Sistemas de oleodutos e gasodutos;

•Testes hidrostático;

•Sistema de embalagem;

•Area de perfuração e produção-fluidos e acidificação.

Os critérios básicos para seleção de inibidores são :

•Deve ser compatível com o processo;

MATOZO,H.C. 32

•Deve ser solúvel e estável (incluindo temperatura e pressão);

•Não deve formar resíduos ou espuma;

•Não deve ser poluente e tóxico;

•Custo baixo, inclusive de despejo.

18 - Revestimentos Protetores

Os revestimentos protetores são películas aplicadas sobre a superfície metálica e que dificultam o

contato da superfície com o meio corrosivo, objetivando minimizar a degradação da mesma pela ação do

meio.

O principal mecanismo de proteção dos revestimentos é por barreira mas, dependendo da sua

natureza, poderá também proteger por inibição anódica ou por proteção catódica.

O tempo de proteção dado por um revestimento depende do tipo de revestimento (natureza

química), das forças de coesão e adesão, da sua espessura e da permeabilidade à passagem do eletrólito

através da película. Influenciará também, neste tempo, o mecanismo de proteção. Assim, se a proteção é

somente por barreira, tão logo o eletrólito chegue à superfície metálica, iniciará o processo corrosivo,

enquanto que, se houver um mecanismo adicional de proteção (inibição anódica ou proteção catódica),

haverá um prolongamento da vida do revestimento.

MECANISMO DE PROTEÇÃO

Os revestimentos, quando aplicados sobre a superfície metálica, tendem a separar a superfície do

meio corrosivo. Esta separação será tão mais longa quanto maior for o tempo que o eletrólito chegue ao

metal protegido.

Esta proteção é denominada de proteção por barreira ou por retardamento do movimento iônico.

Em virtude da porosidade da película, depois de algum tempo o eletrólito chegará à superfície metálica e

iniciará um processo corrosivo. Desta forma, a falha do revestimento dá-se sempre por corrosão embaixo

da película, com exceção, é claro, dos casos em que a própria película é atacada pelo meio corrosivo ou

danificada por ações mecânicas.

A duração de um revestimento pode ser ampliada quando ele possui pigmentos inibidores, como é

o caso das tintas de fundo contendo zarcão, cromato de zinco, fosfato de zinco, dentre outros, os quais

conferem um mecanismo de inibição anódica.

Outra forma de ampliar a vida de um revestimento é quando ele possui um mecanismo adicional

de proteção denominado proteção catódica. Neste caso, forma-se uma pilha galvânica entre o metal de

base e o metal ou pigmento metálico do revestimento. Este fato ocorre quando se utiliza revestimentos

metálicos menos nobres que o metal a se proteger, ou tintas com pigmentos de zinco.

MATOZO,H.C. 33

REVESTIMENTO METÁLICOS

Consistem na interposição de uma película metálica entre o meio corrosivo e o metal que se quer

proteger. Os mecanismos de proteção das películas metálicas podem ser: por formação de produtos

insolúveis, por barreira, por proteção catódica, dentre outros.

As películas metálicas protetoras, quando constituídas de um metal mais catódico que o metal de

base, devem ser perfeitas, ou seja, isentas de poros, trincas, etc., para que se evite que diante de uma

eventual falha provoquem corrosão na superfície metálica do metal de base ao invés de evitá-la.

As películas mais anódicas podem ser imperfeitas porque elas conferem proteção catódica à

superfície do metal de base. Os processos de revestimentos metálicos mais comum são:

•Cladização: os clads constituem-se de chapas de um metal ou ligas, resistentes à corrosão,

revestindo e protegendo um outro metal com função estrutural. Os clads mais usados nas

indústrias químicas, petroquímica e de petróleo sã os de monel, aço inoxidável e titânio sobre aço

carbono;

•Reposição por imersão a quente: pela imersão a quente obtém-se, entre outras, as superfícies

zincadas e as estanhadas. O processo de zincagem por imersão é também denominado de

galvanização;

•Metalização: o processo por meio do qual se deposita sobre uma superfície previamente

preparada camadas de materiais metálicos. Os metais de deposição são fundidos em uma fonte de

calor gerada no bico de uma pistola apropriada, por meio de combustão de gases, arco elétrico,

plasma e por detonação. O metal fundido é pulverizado e aspergido sobre o substrato a proteger.

Por metalização faz-se revestimentos com zinco, alumínio, chumbo, estanho, cobre e diversas

ligas;

•Eletrodeposição: consiste na deposição de metais que se encontram sob a forma iônica em um

banho. A superfície a revestir é colocada no catodo de uma célula eletrolítica. Por eletrodeposição

é comum revestir-se com cromo, níquel, ouro, prata, estanho e, principalmente, cádmio, que por

ser um metal muito tóxico é empregado como revestimento aplicado por este processo;

•Deposição química: consiste na deposição de metais por meio de um processo de redução

química. Por este processo é comum revestir-se com cobre e níquel. São os denominados cobre e

níquel químicos, muito utilizados em peças com formato delicado e cheias de reentrâncias.

REVESTIMENTOS NÃO-METÁLICOS INORGÂNICOS

Consistem na interposição de uma película não-metálica inorgânica entre o meio corrosivo e o

metal que se quer proteger. Os mecanismos de proteção são, essencialmente, por barreira e por inibição

anódica.

MATOZO,H.C. 34

•Anodização: consiste em tornar mais espessa a camada protetora passivante existente em certos

metais, especialmente no alumínio. A oxidação superficial pode ser por banhos oxidantes ou

processo eletrolítico. O alumínio é um exemplo muito comum da anodização;

•Cromatização: consiste na reação da superfície metálica com soluções ligeiramente ácidas

contendo cromatos. A camada de cromatos passivante aumenta a resistência à corrosão da

superfície metálica que se quer proteger;

•Fosfatização: consiste na adição de uma camada de fosfatos à superfície metálica. A camada de

fosfatos inibe processos corrosivos e constitui-se, quando aplicada em camada fina e uniforme, em

uma excelente base para pintura, em virtude da sua rugosidade. A fosfatização é um processo

largamente empregado nas indústrias automobilísticas e de eletrodomésticos. Após o processo de

desengraxe da superfície metálica, aplica-se a fosfatização, seguindo-se a pintura;

•Revestimento com argamassa de cimento: consiste na colocação de uma camada de argamassa de

cimento, com espessura da ordem de 3 a 6 mm, sobre a superfície metálica. Este revestimento é

muito empregado na parte interna de tubulações e, neste caso, é aplicado normalmente por

centrifugação. Em tubulações de grande diâmetro é comum usar-se um reforço com tela metálica.

O revestimento interno com cimento é empregado em tubulações para transporte de água salgada,

em água de refrigeração, tubulações de água de incêndio e água potável. Se considerados os

aspectos técnicos e econômicos, o revestimento com argamassa de cimento e areia é a melhor

solução para tubulações transportando água salgada.

•Revestimento com vidro: consiste na colocação de uma camada de vidro sobre a superfície

metálica. Esta camada é aplicada sob a forma de esmalte e fundida em fornos apropriados.

Consegue-se uma película de alta resistência química, muito utilizada na indústria química;

•Revestimento com esmalte vítreo: consiste na colocação de uma camada de esmalte vítreo (vidro

+ cargas + pigmentos) aplicada sob a forma de esmalte e fundida em fornos apropriados. Este

revestimento é usado em alguns utensílios domésticos, em fogões, máquinas de lavar, etc.;

•Revestimento com material cerâmico: consiste na colocação de uma camada de material

cerâmico, geralmente silicoso, de alta resistência a ácidos, utilizado principalmente para

revestimentos de pisos e canais de efluentes.

REVESTIMENTOS ORGÂNICOS

Consiste na interposição de uma camada de natureza orgânica entre a superfície metálica e o meio

corrosivo. Os principais revestimentos orgânicos são os seguintes:

•Pintura industrial: é um revestimento, em geral orgânico, largamente empregado para o controle

de corrosão em estruturas aéreas e, em menor escala, em superfícies enterradas ou submersas. O

MATOZO,H.C. 35

revestimento por pintura é empregado para estruturas submersas que possam sofrer manutenção

periódica em dique seco, tais como navios, embarcações, bóias, etc. Só em casos especiais é

empregado em estruturas enterradas, pela dificuldade de manutenção apresentada nestes casos. Em

se tratando de estruturas aéreas, é normalmente a melhor alternativa em termos técnicos e

econômicos para proteção anticorrosiva. A pintura é um revestimento de pequena espessura,

situando-se na faixa de 120 a 500 mm, sendo que, somente em casos muito especiais, pode-se

chegar a 1.000 mm;

•Revestimento com borrachas: consiste o recobrimento da superfície metálica com uma camada

de borracha, utilizando-se o processo de vulcanização. É um revestimento que pode assumir

diversas durezas dependendo do tipo de borracha e do processo de vulcanização. Este

revestimento é utilizado na indústria química em equipamentos e tubulações que trabalham com

meios altamente corrosivos, especialmente ácidos. O tipo de borracha é selecionado em função

destas características de agressividade;

•Revestimentos para tubulações enterradas ou submersas: as tubulações enterradas ou submersas,

oleodutos, gasodutos, adutoras, etc. são, em geral, protegidas contra a corrosão por revestimentos

de alta espessura. O mecanismo básico de proteção é por barreira entre o metal e o meio corrosivo.

Por melhor que seja o revestimento, a eficiência é sempre inferior a 100%, surgindo, então, a

necessidade de complementação com o uso de proteção catódica.

As espessuras dos revestimentos situam-se na faixa de 400 mm e 8 mm, sendo mais freqüentes o

uso de espessuras entre 3 e 6 mm.

Estes revestimentos devem possuir uma série de características para que possam cumprir as suas

finalidades. Dentre elas podem ser mencionadas:

•Boa e permanente aderência ao tubo;

•Faixa taxa de absorção de água;

•Boa e permanente resistência elétrica (resistividade elétrica);

•Boa resistência a água, vapor e produtos químicos;

•Boa resistência mecânica;

•Boa estabilidade sob efeito de variação de temperatura;

•Resistência a acidez, alcalinidade, sais e bactérias do solo;

•Boa flexibilidade de modo a permitir o manuseio dos tubos revestidos e as dilatações e

contrações do duto;

•Permitir fácil aplicação e reparo;

•Durabilidade;

MATOZO,H.C. 36

•Economicidade.

É praticamente impossível encontrar um revestimento que atenda a todas estas características com

perfeição. Os melhores são aqueles que atendem ao maior número delas.

Os principais tipos de revestimentos empregados para tubulações enterradas ou submersas são:

- Revestimento com esmalte de alcatrão de hulha (coal-tar): é aplicado em duas espessuras, uma

de 3 a 5 mm, chamada revestimento simples, e outra de 6 a 8 mm, chamada de revestimento duplo; O

revestimento simples é usado de modo geral em meios de média a baixa agressividade, e o duplo em

eletrólitos altamente agressivos (mangues, águas do mar, solos de baixa resistividade, etc.) e em

condições severas de correntes de interferência.

O esquema de aplicação de um revestimento simples é o seguinte:

•Limpeza dos tubos: com escovas ou com jateamento abrasivo comercial; o aAplicação da tinta de

fundo ou primer, que é uma tinta de base elastomérica e que seca por evaporação do solvente;

•Aplicação do esmalte de alcatrão, que é feita a quente;

•Aplicação imediata de uma camada de véu de fibra de vidro e outra de papel feltro.

O esquema de aplicação do revestimento duplo consiste na aplicação, logo após o véu de fibra de

vidro, de outra camada de esmalte de alcatrão de hulha com véu de fibra de vidro e finalmente o papel

feltro.

O revestimento de esmalte de alcatrão de hulha em oleodutos, gasodutos e adutoras pode ser feito

no campo ou em planta fixa. Nesta última a qualidade do revestimento é sempre superior, pelo melhor

controle da qualidade na aplicação.

Para dutos submersos aplica-se sobre o revestimento duplo de esmalte de alcatrão de hulha um

revestimento de concreto para provocar a flutuação negativa (deposição no fundo).

O revestimento de dutos submersos ou enterrados por meio de esmaltes de alcatrão de hulha vem

tendo sua utilização sensivelmente diminuída pelos seguintes motivos:

•Sua resistividade elétrica decai a cerca de 60% nos primeiros 10 anos depois de aplicado,

demandando maior solicitação do sistema de proteção catódica;

•Elevada incidência de reparos devido a danos ocorridos durante o manuseio, o transporte, o

armazenamento e o lançamento dos tubos revestidos;

•Sérios problemas de poluição ambiental, devido ao desprendimento de gases tóxicos durante a

aplicação, o que tem limitado sensivelmente a sua utilização em países com rigorosa legislação em

termos de preservação do meio ambiente e da vida humana;

•Degradação devido à ação dos raios solares quando armazenado por períodos de tempo

superiores a 6 meses;

MATOZO,H.C. 37

•Aparecimento de revestimentos modernos à base de polímeros.

Quando aplicados no revestimento de dutos enterrados em terrenos impregnados com pedras,

requer uma proteção conta danos mecânicos;

- Revestimentos com asfaltos: o revestimento com asfaltos aplicados a quente e reforçados com

tecidos de fibra de vidro e feltro asfáltico é empregado em dutos enterrados, à semelhança do esmalte de

alcatrão de hulha. O asfalto apresenta como desvantagem as perdas de propriedades com maior rapidez do

que esmalte de alcatrão de hulha, devido à oxidação e à absorção de água.

Tem, entretanto, menor preço do que aquele. Seu uso está em declínio, por razões idênticas às do

alcatrão de hulha;

- Revestimento com fitas plásticas: as fitas plásticas mais utilizadas em revestimentos são:

•Fitas de polietileno (as mais utilizadas, devido a seu melhor desempenho);

•Fitas de PVC;

•Fitas de poliéster.

As fitas são aplicadas helicoidalmente em torno do tubo a ser protegido com uma sobreposição de

50% entre camadas. A aplicação pode ser manual ou mecânica. Geralmente, antecede a aplicação das fitas

uma limpeza da superfície e a aplicação de um primer capaz de melhorar a adesão da fita. Apresentam

como grande vantagem a aplicabilidade no campo, porém, como a possibilidade de falha na sobreposição

é considerável, constituem-se em um revestimento de qualidade inferior. As fitas são recomendadas

apenas para pequenas tubulações e obras de pouca responsabilidade. São também particularmente

aplicáveis a reparos no campo.

A aplicação em duas camadas constitui-se em um recurso para obter-se melhoria da performance;

- Revestimento com espuma rígida de poliuretana: a espuma rígida de poliuretana é utilizada

quando se requer que o revestimento anticorrosivo possua também boa capacidade de isolação térmica

(dutos operando a alta ou a baixa temperaturas). É normalmente aplicada com espessura em torno de 50

mm, sendo o revestimento complementado normalmente com camisa de polietileno extrudado, para

conferir propriedades anticorrosivas (a espuma, possuindo 10% de células abertas, não é impermeável);

- Revestimento por tinta à base de coal-tar epoxi: a pintura com coal-tar epoxi é usada em uma

espessura da ordem de 500 mm.

Possui pouca resistência mecânica, sendo, portanto, um revestimento precário em tubulações

enterradas.

Como a manutenção do revestimento em estruturas enterradas ou submersas é muito difícil, a

utilização de revestimento por tinta à base de coal-tar epoxi só é recomendável em obras pequenas ou de

pouca responsabilidade;

MATOZO,H.C. 38

- Revestimento com polietileno extrudado: trata-se de um moderno revestimento, que utiliza o

polietileno de baixa densidade, extrudado sobre o tubo que se quer proteger. A extrusão é feita em

conjunto com um "primer" (adesivo), também a base de polietileno (modificado), a uma temperatura da

ordem de 200°C. Requer um preparo de superfície com grau de limpeza As 2 1/2 (jateamento quase

branco).

É aplicado com espessura variando de 3 a 5 mm.

Além da impermeabilidade, que lhe confere excelente resistência à corrosão, possui excelente

resistência a danos mecânicos, o que lhe propicia baixa incidência de reparos durante o lançamento do

duto. Outra excelente propriedade que possui é a boa resistência ao descolamento catódico (Cathodic

Disbound). Apresenta, entretanto, baixa adesão em relação à superfície metálica;

- Revestimento com polipropileno extrudado: trata-se de um revestimento semelhante ao

polietileno, só que utilizando o polímero polipropileno. A aplicação é feita normalmente em três camadas,

sendo a primeira de epoxi em pó aplicado eletrostaticamente, a segunda um adesivo à base de

polipropileno e a terceira o revestimento em si de polipropileno.

Tem aplicação e propriedades semelhantes ao polietileno, porém sua temperatura limite de

utilização é de 120 oC (a do polietileno é de 60 oC) e sua resistência ao descolamento catódico é também

superior. Tem maiores problemas de perda de adesão em baixas temperaturas (inferiores a 10 oC);

- Revestimento com tinta epoxi em pó (Fusion Bonded Epoxi): é também um moderno sistema de

proteção anticorrosiva de dutos enterrados e submersos. Constitui-se de uma camada de 400 a 450

micrometros de espessura, à base de resina epoxi termocurada, aplicada a pó, pelo processo eletrostático.

Suas principais propriedades são a excelente adesão e a proteção anticorrosiva. A tinta epoxi aplicada a

pó pelo processo eletrostático, portanto sem solvente, não está sujeita a muitos poros e assim possui

impermeabilidade (proteção por barreira) ainda superior às tintas epoxis convencionais. A película de 400

micrometros tem elevada dureza e, portanto, baixa resistência ao impacto, o que acarreta uma razoável

incidência de reparos durante o lançamento do duto.

É o melhor sistema de proteção anticorrosiva de dutos que durante o lançamento sofrerão grande

flexionamento ou curvamento. É particularmente aplicável a lançamentos submarinos.

19- Oxirredução

Numa reação de oxirredução sempre há perda e ganho simultâneos de elétrons, pois os que são

perdidos por um átomo, íon ou molécula são imediatamente recebidos por outros.

A perda de elétrons é chamada de oxidação.

MATOZO,H.C. 39

O ganho de elétrons é chamado de redução.

Este processo de perda e ganho de elétrons alteram os números de oxidação dos elementos da

seguinte forma:

Na oxidação, o número de oxidação (Nox) do elemento aumenta ( pois ele perde elétrons).

Na redução, o número de oxidação(Nox) se reduz ( pois o elemento ganha elétrons).

Redutores e oxidantes

O agente redutor é que provoca a redução, perdendo elétrons.

Entretanto, perder elétrons significa se oxidar, podemos dizer então que:

O agente redutor se oxida ( ou sofre oxidação)

O agente oxidante provoca a oxidação, recebendo elétrons.

O agente oxidante se reduz ( ou sofre redução)

Resumo:

Redução: ganho de elétrons ( diminuição de Nox)

Oxidação: perda de elétrons ( aumento de Nox)

Redutor: fornece elétrons e se oxida (Nox aumenta)

Oxidante: recebe elétrons e se reduz (Nox diminui)

O redutor reduz o oxidante

O oxidante oxida o redutor

Nem todas as reações são de oxirredução.

Nas reações de oxirredução sempre ocorre alguma mudança do número de oxidação de

pelo menos dois elementos ( o oxidante e o redutor).

Exemplo:

Zn0 + CuNO3(aq) → Cu0 + ZnNO3(aq)

Nas reações sem oxirredução , nenhum elemento sofre mudança no número oxidação (Nox).

Exemplo:

SO2 + H2O → H2SO3

MATOZO,H.C. 40

Regras Práticas para Determinar o Numero de Oxidação(Nox)

1) O Nox de um elemento em uma substância simples é Zero (0)

Exemplos:

H2, N2, Cl2,Ag, Cu, Zn, estes tem o Nox igual a zero, pois estão todos na forma de substância simples

(não combinadas com outros elementos).

2) O Nox do hidrogênio (H) é geralmente +1 em seus compostos. A maioria faz ligações feitas pelo

hidrogênio é covalente, com exceção nos hidretos iônicos (metálicos) o Nox é –1 . Exemplo:

H2O

3) O Nox do oxigênio é geralmente –2 .

sendo o oxigênio altamente eletronegativo ele atrai para si os elétrons da ligação, com exceção nos

peróxidos, onde o oxigênio adquiri Nox –1.Exemplo:

H2O2.

Também com o flúor por ele ser mais eletronegativo que o oxigênio.

OF2

4) Certos elementos possuem o mesmo Nox em todos ou quase todos os seus compostos.

Metais alcalinos (1A) Nox +1

Metais alcalinos terrosos (2A) Nox +2

Alumínio (3A) Nox +3

Flúor (7A) Nox -1

Prata Nox +1

Zinco Nox +2

5) A soma algébrica dos Nox de todos os átomos numa espécie neutra é zero.

Exemplos:

Substância H2 O H N O3

Carga individual +1 -2 +1 +5 -2Carga total +2 -2 = 0 +1 +5 -6 = 0

MATOZO,H.C. 41

6) A soma algébrica do Nox total dos elementos constituintes de um íon é igual à carga do íon (a carga

total de um íon é o resultado da soma das cargas dos átomos que formam).

Exemplos:

Substância S O42- Mn O4

-

Carga individual +6 -2 +7 -2Carga total +6 -8 = -2 +7 -8 = -1

Pela análise da tabela de potencial de redução, podemos perceber que o Li+(aq) apresenta o menor

potencial de redução (E0 = -3,04 V) e que o F2(g) apresenta o maior (E0

= +2,89 V). Como a redução é um

processo inverso à oxidação, quanto maior o E0red de uma espécie, menor será a sua facilidade em sofrer

oxidação, isto é, quanto maior o E0red , menor será o E0

oxi .

O E0oxi é numericamente igual ao E0

red ; porém, com sinal contrário.

Assim o Li(s), por exemplo, apresenta E0oxi = +3,04 V e o F-

(aq) apresenta E0oxi = -2,89 V.

Os valores presentes na tabela permitem a identificação, numa pilha, da espécie que tem maior

tendências de sofrer reduções (maior E0red) e, portanto, da espécie que é o melhor agente oxidante. Ou

seja:

Os melhores agentes oxidantes são aqueles que apresentam maior potencial de redução,

portanto:

Os melhores agentes redutores são aqueles que apresentam maior potencial de oxidação.

Tabela de Potenciais de Redução (E0 red.) com solução aquosa a 250C (em V)

Li+(aq) + e- Li(s) -3,04

K+(aq) + e- K(s) -2,94

Ba2+(aq) + 2 e- Ba(s) -2,91

Ca2+(aq) + 2 e- Ca(s) -2,87

Na+(aq) + e- Na(s) -2,71

Mg2+(aq) + 2 e- Mg(s) -2,36

Al3+(aq) + 3 e- Al(s) -1,68

Mn2+(aq) + 2 e- Mn(s) -1,18

Zn2+(aq) + 2 e- Zn(s) -0,76

Cr3+(aq) + 3 e- Cr(s) -0,74

Fe2+(aq) + 2 e- Fe(s) -0,41

Cr3+(aq) + e- Cr2+

(aq) -0,41

MATOZO,H.C. 42

Cd2+(aq) + 2 e- Cd(s) -0,40

PbSO4(aq) + 2 e- Pb(s) + SO42-

(aq) -0,36

Tl+(aq) + e- Tl(s) -0,34

Co2+(aq) + 2 e- Co(s) -0,28

Ni2+(aq) + 2 e- Ni(s) -0,24

AgI+(aq) + e- Ag(s) + I-

(aq) -0,15

Sn2+(aq) + 2 e- Sn(s) -0,14

Pb2+(aq) + 2 e- Pb(s) -0,13

2 H+(aq) + 2 e- H2(g) 0,000

AgBr(s) + e- Ag(s) + Br -(aq) +0,07

S(s) + 2 H+(aq) + 2 e- H2S (aq) +0,14

Sn4+(aq) + 2 e- Sn2+

(aq) +0,15

SO42-

(aq) + 4 H+(aq) + 2 e- SO2 (g) + 2 H2O(l) +0,15

Cu2+(aq) + e- Cu+

(aq) +0,16

Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s) +0,34

Cu+(aq) + e- Cu(s) +0,52

I2(s) + 2 e- 2 I-(aq) +0,53

Fe3+(aq) + e- Fe2+

(aq) +0,77

Hg22+

(aq) + 2 e- 2 Hg(l) +0,80

Ag+(aq) + e- Ag(s) +0,80

2 Hg2+(aq) + 2 e- Hg2

2+(aq) +0,90

NO3 -(aq) + 4 H+

(aq) + 3 e- NO(g) + 2 H2O(l) +0,97

AuCl4 -

(aq) + 3 e- Au(s) + 4 Cl -(aq) +1,00

Br2(l) + 2 e- 2 Br -(aq) +1,10

O2 (g) + 4 H+(aq) + 4 e- 2 H2O(l) +1,23

MnO2 (s) + 4 H+(aq) + 2 e- Mn2+

(aq) + 2 H2O(l) +1,23

Cr2O72- + 14 H+

(aq)+ 6 e- 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l) +1,33

Cl2(g) + 2 e- 2 Cl -(aq) +1,36

ClO3 -

(aq) + 6 H+(aq)+ 5 e- ½ Cl2(g) + 3 H2O(l) +1,46

Au3+(aq) + 3 e- Au(s) +1,50

MnO4 -

(aq) + 4 H+(aq)+ 5 e- Mn2+

(aq) + 4 H2O(l) +1,51

PbO2(s) + 4 H+(aq) + SO4

2-(aq) + 2 e- Pb SO4 (s) + 2 H2O(l) +1,69

H2O2(aq) + 2 H+(aq)+ 2 e- 2 H2O(l) +1,77

MATOZO,H.C. 43

Co3+(aq) + 2 e- Co2+

(aq) +1,95

F(g) + 2 e- 2 F-(aq) +2,89

20- Metal de Sacrifício

ALGUNS ASPECTOS DA EXPLORAÇÃO E DO PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS: O

PROJETO GRANDE CARAJÁS

Muitos dos objetos que utilizamos em nossa vida diária são feitos de ferro. Pregos, tesouras, facas,

ferramentas, maçanetas, são alguns exemplos.

As estruturas das construções, os automóveis, os guindastes, e também as máquinas usadas na

fabricação das peças dos automóveis e guindastes, são feitos da liga de ferro e carbono - o aço.

Entretanto o ferro não se apresenta naturalmente na forma de metal, a não ser em mínimas

quantidades nos meteoritos. Ele é extraído de minérios encontrados nas jazidas naturais, tais como

hematita (Fe2O3), com 70% de ferro; magnetita (Fe3O4), com 72,4%; limonita (2 Fe2O3.3 H2O), com

59,9%; e siderita (FeCO3), com 48,3% de ferro. Estes minérios são processados nas usinas siderúrgicas,

obtendo-se o chamado ferro-gusa.

O modelo de exploração mineral, adotado nas últimas décadas pelo governo brasileiro, facilita a

extração de minérios por países estrangeiros. Recentemente, o Programa Grande Carajás, implantado pelo

governo brasileiro, veio reafirmar essa política.

Esse programa tem como objetivo "criar condições para o desenvolvimento socioeconômico -

planejado, integrado e acelerado - de uma área selecionada da Amazônia Oriental" e está voltado para a

exportação. Inclui diferentes projetos de exploração de reservas minerais e madeireiras, construções

fluviais e exploração agropecuária, entre outros. A exportação de minérios, entre os quais os de ferro, é

parte importante desse programa.

MATOZO,H.C. 44

O Projeto Ferro-Carajás, da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD), instituído pelo decreto-lei número

1813 em 24 de novembro de 1980, na serra dos Carajás, situada nos municípios de Marabá e São Félix

do Xingu, no Estado do Pará, a cerca de 550 km ao sul de Belém e a 780 km de São Luís (MA).

A escassez de recursos financeiros internos e a falta de capacitação tecnológica são os principais entraves

ao desenvolvimento do setor mineral brasileiro e a saída, no caso, é o recurso ao capital estrangeiro, seja

sob a forma de capital de risco - o que pode levar ao agravamento da desnacionalização do setor - seja sob

a forma de capital de empréstimo, o que agrava o endividamento externo.

O processo de produção de ferro já era dominado pelos hititas (c. 3000 a.C.), que o mantiveram em

segredo por muito tempo. Com a queda do império hitita (c. 1200 a.C.), os ferreiros dispersaram-se e já

entre os gregos a produção de ferro favoreceu o desenvolvimento de novas técnicas e ferramentas.

MATOZO,H.C. 45

A utilização do ferro é bem antiga. Estima-se que a "verdadeira idade do ferro" tenha tido início antes de

1200 a.C. O esquema se refere à produção primitiva do ferro. O minério de ferro - magnetita (Fe3O4),

hematita (Fe2O3), entre outros - entra em contato com o carvão (C) e o oxigênio (O2) do ar, soprado

pelo fole. Esse contato, sob determinadas condições, produz uma liga de ferro metálico e carbono,

denominada aço. A liga produzida pelo povo hitita, pioneiro desse processo, era bastante resistente, a

ponto de poder ser utilizada para a fabricação de armas. Este "segredo" fez do povo hitita detentor do

monopólio da metalurgia do ferro por aproximadamente duzentos anos (c. 1400-1200 a.C.). Mais tarde

esse povo guerreiro perdeu sua exclusividade e o conhecimento se espalhou para outras civilizações

(Charles Singer, E. J. Holmyard e A. R. Hall, A History of Technology, 1956, vol.1, pp.594-595).

Apesar das modificações técnicas ocorridas desde a Antiguidade até nossos dias, esse processo

sempre esteve baseado na interação entre minério e monóxido de carbono produzido pela combustão do

carvão.

O carvão pode ser de dois tipos: o mineral, que é de origem fóssil, e o vegetal. Antigamente,

apenas o carvão vegetal era utilizado. Mas, devido à grande devastação das reservas florestais, esse tipo

de carvão tornou-se raro, sendo substituído, gradativamente, nos países estrangeiros, por carvão mineral.

O Brasil conta com pequenas reservas de carvão mineral nos Estados de São Paulo, Rio Grande

do Sul e Santa Catarina. No entanto, esse carvão é considerado de "má qualidade" para uso siderúrgico,

devido a sua alta porcentagem de cinzas e enxofre, que, além de reduzir o poder calorífico do carvão,

também influi nas características do aço.

Entretanto, essa "má qualidade" também é decorrência do fato de os altos-fornos brasileiros serem

cópias dos estrangeiros, construídos para a utilização de carvão com características diferentes.

A hematita brasileira de Carajás possui, em média, cerca de 66% de ferro. Isto significa que em

100 unidades de massa (por exemplo 100 kg) 66 unidades são de ferro (66 kg). O restante são outros

materiais com interesse econômico ou não.

Tabela Análises Químicas de Minério Selecionado da Serra de Carajás

Peso a seco %Amostra Fe

(ferro)

P

(fósforo)

SiO2

(sílica)

Al2O3

(óxido de

alumínio)

Mn

manganês

TiO2

(dióxido de

titânio)

S

(enxofre)

1 63,47 0,228 0,97 2,64 0,04 0,44 0,0192 68,13 0,079 0,47 1,13 0,04 0,20 0,0203 66,68 0,068 0,77 3,72 0,62 - -4 67,55 0,035 0,61 2,58 0,09 0,02 0,0035 69,11 0,014 0,68 0,03 0,03 0,005 -

MATOZO,H.C. 46

1. Canga, área N-4, Serra Norte.

2. Hematita dura in situ (superficial), área N-1, Serra.

3. Minério friável, galeria N.1T.1, área N-1, Serra Norte.

4. Minério friável superficial, Serra Sul.

5. Hematita fina, galeria N.1T.1,área N-1, Serra Norte.

Supõe-se que a exploração das reservas de minério de ferro de alto teor, presentes em Carajás, tragam

divisas para o Brasil. No entanto, essa suposição também é contestada.

Os registros colocados acima demonstram o quanto é discutível o Programa Grande Carajás e o quanto é

amplo o leque de problemas, não incluindo outros de igual seriedade, como a questão fundiária, o

equilíbrio do ecossistema na Amazônia e a mineração nas terras indígenas.

Carajás - uma dádiva do Brasil para o mundo! Essa frase, certamente escrita por um empresário

estrangeiro, está no livro de visita da sede do Projeto Grande Carajás. Não há visitante estrangeiro que

venha ao Brasil - quer em nível oficial, quer em contatos empresariais - que não faça perguntas sobre o

projeto, que não se interesse em dele participar. O fato é que o mundo não quer ficar fora de Carajás.

O FERRO É O ÚNICO METAL QUE SOFRE CORROSÃO?

A resposta é não. Outros metais e ligas metálicas também sofrem o mesmo processo de oxidação, só que

em menor escala. Essa é uma das razões de o ferro estar sendo substituído, cada vez mais, por outros

materiais.

O alumínio, por exemplo, é extremamente resistente à corrosão, quando na atmosfera. O óxido de

alumínio, resultante da oxidação, forma uma película superficial que isola o metal do ar atmosférico, isto

é, os produtos da corrosão inicial recobrem a superfície do metal, evitando que a corrosão continue.

Metais como o zinco, chumbo, níquel e magnésio apresentam, também, resistência à corrosão, devido ao

mesmo mecanismo que ocorre com o alumínio. No ferro, os produtos da corrosão são solúveis em água e

pouco aderentes à superfície do metal, o que permite que o processo de corrosão continue até danificar

completamente o material.

Já metais como o cobre, crômio, titânio e cobalto são resistentes à corrosão devido à baixa reatividade que

possuem.

MATOZO,H.C. 47

Embora os metais apresentem semelhanças de comportamento em certos aspectos, em muitos outros

mostram diferenças acentuadas. O metal sódio manifesta tendência muito maior de reagir com o oxigênio

do que o ferro. Logo que é colocado em contato com o ar, o sódio se altera, por isso é armazenado imerso

em querosene. O magnésio, quando inicia sua combustão, queima rapidamente, liberando luz e calor.

O alumínio, por sua vez, interage com o oxigênio do ar, formando uma camada branca de óxido de

alumínio (Al2O3) que protege o metal, impedindo e prosseguimento da corrosão.

Já o ouro pode permanecer por longo tempo em contato com o ar sem que se perceba nenhuma alteração

no seu brilho, resistência e durabilidade. É devido a esse comportamento que ele é usado na confecção de

jóias e em obturações dentárias.

Nesse sentido, pode-se ordenar esses metais segundo a tendência em reagir com o oxigênio. O sódio é

mais reativo do que o magnésio, este mais do que o ferro e este mais ainda do que o ouro.

Aquecendo-se uma mistura de zinco em pó e óxido de cobre II (CuO) em um recipiente de porcelana,

observa-se o surgimento de óxido de zinco (ZnO), um pó branco, restando um resíduo avermelhado que é

o metal cobre. Essa transformação pode ser assim representada:

CuO (s) + Zn (s) ZnO (s) + Cu (s)

A experiência mostra que o zinco manifesta maior tendência a reagir com o oxigênio do que o cobre.

Devido a isso, o zinco remove o oxigênio do CuO e combina-se com ele, formando ZnO e o metal cobre,

Cu.

Também o hidrogênio é mais reativo que o cobre e o chumbo:

CuO (s) + H2 (g) Cu (s) + H2O (g)

PbO (s) + H2 (g) Pb (s) + H2O (g)

Conhecendo o comportamento dos metais em relação a certos agentes, é possível ordená-los segundo a

sua tendência a reagir com eles.

CORROSÃO, AMEAÇA OCULTA

MATOZO,H.C. 48

Futebol à parte, o dia 19 de julho de 1992 foi o mais trágico da história do Estádio do Maracanã,

no Rio de Janeiro. Durante a final do Campeonato Brasileiro de 1992, entre Botafogo e Flamengo, a velha

grade de proteção de uma parte da arquibancada não resistiu ao entusiasmo da torcida e desabou,

provocando a morte de três pessoas e ferimentos graves em outras 20. O estádio foi interditado. Foram

precisos sete meses de trabalho e 400 mil dólares para controlar a grande ameaça que se espalhava por

quase todo o anel de concreto do maior estádio de futebol do mundo, afetando marquises, túneis de

acesso, refletores e até os pilares de sustentação dos imensos placares eletrônicos: a corrosão.

As cenas dramáticas do desabamento, exibidas ao vivo pela tevê, chocaram a população. Mas o

estrago invisível que a corrosão provoca diariamente em centenas, milhares de outras obras podem ser

muito mais graves. Essa praga gera ao país um prejuízo superior a 10,5 bilhões de dólares por ano, ou

seja, mais de 3% de seu Produto Interno Bruto (PIB), que é de 350 bilhões de dólares, e cinco vezes o

investimento total do país em ciência e tecnologia. E o que é pior: coloca parte da população em risco 24

horas por dia.

A corrosão que atacou o Maracanã também atinge nossos carros, encanamentos de água, as

marquises sobre nossas cabeças e os viadutos sob nossos pés. Um dos exemplos mais assustadores dessa

ameaça ocorre na Ponte Rio-Niterói, um portentoso monumento de concreto e aço de 13 quilômetros de

extensão que cruza a poluída Baía de Guanabara, ligando o Rio de Janeiro a Niterói e às praias do norte

do Estado. A ponte recebe, pela água, partículas de alta salinidade, além de, pelo ar, ser bombardeada por

poeira e sulfato liberado pelos automóveis e indústrias. Resumindo: ela é um prato cheio para a

voracidade da corrosão.

* Entende-se por corrosão a deterioração de qualquer tipo de material

O RISCO DAS PRÓTESES: A FERRUGEM QUE ATACA DENTRO DO CORPO

Nenhum lugar do mundo está a salvo da praga da corrosão. Nem mesmo o interior do corpo

humano. Em medicina e odontologia são utilizados diferentes tipos de restauração e implantes metálicos

que sofrem constante risco de oxidação. Não são raros, por exemplo, os casos de corrosão em implantes

dentários de amálgama (uma liga de mercúrio, prata e estanho) e nos aparelhos usados para correção de

arcadas dentárias. A ação da saliva e de alimentos, alcalinos ou ácidos, é uma das principais causas dessa

degradação.

MATOZO,H.C. 49

Mas é no campo da ortopedia que se localizam os problemas mais graves. Dezenas de implantes

metálicos são utilizados nessa área da medicina, desde fios de aço para sutura até os implantes que

substituem ossos inteiros ou articulações. Os materiais de osteossíntese, ou seja, aqueles usados para

consolidar fraturas ósseas, têm, geralmente, uma vida útil bem definida. Quase sempre são retirados assim

que osso se restabelece, antes que a corrosão o danifique.

No entanto, as próteses ortopédicas têm uso por tempo prolongado e sofrem com o meio

altamente agressivo que constitui o organismo humano, cujos fluidos, ricos em cloreto de sódio,

estimulam a corrosão. "Elas deveriam acompanhar o paciente pela vida inteira, mas duram no máximo

uns 15 anos", diz o engenheiro mecânico Tomaz Puga Leivas, chefe do Laboratório de Biomecânica do

Instituto de Ortopedia e Traumatologia do Hospital das Clínicas, em São Paulo.

Para evitar esse problema, surgem materiais cada vez mais resistentes. Atualmente, o melhor deles

é o titânio, um material muito empregado pela indústria aeronáutica. Também é bastante utilizado,

sobretudo nos Estados Unidos, o Vitallium, uma liga de cromo, cobalto e molibdênio. No Brasil, o

material mais empregado é o aço inoxidável. Questão de custo. Uma prótese de quadril, uma das mais

caras, custa em torno de 700 dólares quando feita de aço. Com o uso do titânio esse preço sobe para 1500

dólares ou mais.

Uma grande vantagem do titânio sobre o aço inoxidável é sua leveza. Não por acaso, ele tem sido

utilizado em fuselagem de aviões. Mas não é esta sua maior virtude. Na realidade, o titânio é muito mais

resistente à oxidação que o aço chamado (indevidamente) de inoxidável. "Não existe aço que não sofra

corrosão. O nome inoxidável apenas qualifica aços mais resistentes", esclarece Tomaz Leivas. Ele explica

que, enquanto o aço comum é formado por ferro e carbono, sendo facilmente oxidado, o aço inoxidável

empregado em implantes ortopédicos - um tipo especial de aço não magnético chamado de "austenítico" -

tem, ainda, níquel e cromo em sua composição química. O níquel e o cromo aumentam sua resistência à

corrosão, por meio de uma reação do cromo com o oxigênio. Forma-se uma película de óxido de cromo

na superfície do aço, que atuará como um protetor impermeabilizante. Contudo, se durante uma cirurgia

houver qualquer arranhão na prótese a ser implantada, está aberto o caminho para a corrosão.

Próteses corroídas devem, na maioria dos casos, ser substituídas - o que também traz

conseqüências negativas. A cada operação, por exemplo, o osso que sustenta o implante vai perdendo

resistência. Sem contar os riscos de vida a que se submete o paciente durante uma cirurgia. Mas não

trocar o implante desgastado pode ser ainda pior. A tendência natural é que a prótese corroída cause uma

reação de biocompatibilidade, ou seja, uma rejeição, e comece a se soltar dentro do organismo, causando

MATOZO,H.C. 50

uma intensa dor. Ou, o que é ainda mais grave, sofrer uma quebra repentina, tal como ocorreu com a

grade do Estádio do Maracanã.

De acordo com o texto, responda as questões:

•"Nem sempre um metal puro apresenta propriedades desejáveis para determinadas aplicações. Por causa

disso, são produzidas as ligas metálicas, onde dois ou mais metais são misturados (algumas vezes também

um ametal entra na constituição das ligas)".Cite 3 ligas, com os respectivos componentes, mencionadas

no texto.

•Durante uma cirurgia de prótese feita com aço inoxidável deve ser evitada a possibilidade de qualquer

arranhão na mesma, explique, usando termos químicos adequados, o por quê deste risco.

•Qual é o motivo para próteses ortopédicas durarem no máximo 15 anos, se as mesmas deveriam

acompanhar o paciente pela vida inteira?

21- Pilhas

As primeiras pilhas

Em 1791, o anatomista italiano Luigi Galvani observou que os músculos da coxa de rãs

recentemente dissecadas sofriam contrações quando em contato simultâneo com dois metais diferentes.

Galvani concluiu que o fenômeno estava associado à presença de eletricidade, originaria dos músculos,

sendo que os metais serviam como condutores. Já o físico italiano Alessandro Volta interpretou o mesmo

fato de maneira diferente. Ele julgou que a eletricidade tinha sua origem nos metais e, a partir disso,

começou a realizar uma serie de experiências usando pares de diferentes metais. Os resultados dessas

experiências logo comprovaram que ele tinha razão.

Em suas experiências, Volta colocava um “condutor úmido” (solução aquosa salina) entre dois

“condutores secos” (geralmente metais), ligando-os com um fio condutor.

Assim Volta descobriu que “estabelece-se, segundo a força predominante, à direita ou à esquerda,

uma corrente elétrica, uma circulação desse fluido, que cessa apenas ao se romper o circuito, e se

restabelece logo, sempre que o circuito é restabelecido”.

Como podemos perceber, Volta já tinha, naquele momento, a idéia da pilha e já tinha notado que

o sentido do fluxo da corrente elétrica dependia dos metais que formavam cada par de “condutores

secos”. Hoje, sabemos que o metal que libera elétrons sofre oxidação e é aquele que tem maior potencial

de oxidação, ou seja, menor potencial de redução.

MATOZO,H.C. 51

Em 1800, em uma carta ao cientista inglês Joseph Banks, Volta relata a construção de sua

primeira pilha:

Coloco horizontalmente sobre uma mesa ou uma base, um dos discos metálicos de prata, por

exemplo: - sobre ele disponho um segundo disco de zinco; sobre este coloco um dos discos de flanela

embebido em salmoura; depois outro disco de prata, seguido imediatamente por outro de zinco, sobre o

qual pouso outra vez um disco umedecido. Continuo da mesma maneira... até formar, com vários desses

estágios, uma coluna tão alta que possa ainda se sustentar a si mesma sem cair.

Os discos terminais eram constituídos por metais diferentes e conectados por um fio condutor.

Volta realizou experiências usando diferentes metais e verificou que a quantidade de corrente

elétrica variava em função dos metais utilizados. Além disso, ele foi o primeiro a utilizar soluções

eletrolíticas entre os eletrodos. Volta criou um dispositivo, denominado coroa de copos, formado por

vários copos contendo soluções eletrolíticas, ligados entre si por uma haste metálica cujas extremidades

eram compostas por metais diferentes.

Figuras , esquema da Pilha de Volta

Embora Volta não compreendesse muito bem o papel do condutor liquido, ele percebeu que

quanto maior o numero de estágios de uma pilha, maior a quantidade de corrente elétrica produzida.

Galvani defendeu seu ponto de vista até o fim de sua vida, o que lhe trouxe vários

dissabores.Além de suas discussões com a comunidade cientifica, ele sofreu muito com a morte de sua

esposa e com a perda da posição de professor na universidade de Bolonha, por ter-se recusado a jurar

fidelidade ao governo invasor da Itália, de Napoleão Bonaparte.Galvani morreu na miséria.

Volta, por sua vez, indiferente aos problemas políticos, jurou fidelidade a Napoleão e, em 1801,

realizou para ele uma demonstração de sua pilha na academia de ciências de Paris, tendo sido agraciado,

em seguida, com uma medalha de ouro e um premio de 2000 escudos de ouro.Em 1810, Volta foi elevado

à posição de senador do reino da Itália, com o titulo de conde.

Em 1800, em uma carta ao cientista inglês Joseph Banks, Volta relata a construção de sua

primeira pilha:

MATOZO,H.C. 52

Coloco horizontalmente sobre uma mesa ou uma base, um dos discos metálicos-de prata, por

exemplo- e sobre ele disponho um segundo disco de zinco; sobre este coloco um dos discos de flanela

embebido em salmoura; depois outro disco de prata, seguido imediatamente por outro de zinco, sobre o

qual pouso outra vez um disco umedecido.Continuo da mesma maneira... até formar, com vários desses

estágios, uma coluna tão alta que possa ainda se sustentar a si mesma sem cair.

Os discos terminais eram constituídos por metais diferentes e conectados por um fio condutor.

Pilha

Quando introduzimos um fio de cobre (Cu) em uma solução de nitrato de prata [AgNO3(aq)]

incolor, verificamos que ocorre a formação de um depósito de prata metálica (Ag) e que a solução se

torna azulada devido à presença de íons Cu2+(aq).

Nesse processo, ocorrem duas semi-reações:

Oxidação: Cu(s) Cu2+(aq) + 2 e-

Redução: Ag+(aq) + e- Ag(s)

Os íons Ag+ retiram elétrons do átomo de cobre (Cu) e transformam-se em prata metálica (Ag),

que se deposita sobre o fio.Os átomos de cobre (Cu), ao perderem elétrons,originam íons Cu2+, que

passam para a solução, tornando-a azulada.Essa reação é um processo espontâneo e pode ser representada

por:

Cu(s) + 2 Ag+(aq) Cu2+

(aq) + 2 Ag(s)

Nesse sistema, a transferência de elétrons não pode ser aproveitada para produzir corrente elétrica,

que, no entanto, pode ser obtida se utilizarmos um condutor externo ligando a região onde ocorre a

oxidação com a região onde ocorre a redução.Esse procedimento foi utilizado pela primeira vez em 1800

pelo cientista italiano Alessandro Volta, que construiu a primeira pilha elétrica.

Na pilha de Daniell, os dois eletrodos metálicos eram unidos externamente por um fio condutor e

as duas semicelas unidas por uma ponte salina, contendo uma solução de K2SO4(aq). O funcionamento

dessa pilha pode ser entendido pela análise das variações que podem ser explicados pela semi-reação de

redução a seguir:

Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s)

solução barra

MATOZO,H.C. 53

O eletrodo onde ocorre a redução é denominado catodo.

Figura

Esses dois fatos podem ser explicados pela semi-reação de oxidação a seguir:

Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e-

barra solução

O nome dado ao eletrodo onde ocorre a oxidação é anodo.

Pela análise dessas duas semi-reações, podemos concluir que os elétrons fluem, no circuito

externo, do eletrodo de zinco para o eletrodo de cobre, ou seja, os elétrons, por apresentarem carga

negativa, migram para o eletrodo positivo (pólo positivo), que, nesse caso, é a lâmina de cobre.

Assim, temos, na pilha:

Anodo: é o pólo negativo, onde ocorre oxidação (perda de elétrons)

Catodo: é o pólo positivo, onde ocorre redução (recebimento de elétrons)

Resumindo nossas observações sobre essa pilha, temos:

Semicela de Zn

Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e-

Eletrodo Zn/ Zn2+ : a massa diminui:

anodo o Zn sofre oxidação

(pólo negativo) a concentração de Zn2+(aq) aumenta.

Semicela de Cu

Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s)

Eletrodo Cu2+/Cu : a massa da barra aumenta;

catodo o Cu2+(aq) sofre redução;

(pólo positivo) a concentração de Cu2+(aq) diminui.

A equação global dos processos ocorridos nessa pilha pode ser obtida pela soma das duas semi-

reações:

MATOZO,H.C. 54

Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e-

Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s)

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+

(aq) + Cu(s)

Oficialmente, por convenção mundial, as pilhas são representadas da seguinte maneira:

Usando essa notação, a pilha estudada pode ser representada por:

Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu

A finalidade da ponte salina é impedir que as soluções se misturem, através de uma corrente

iônica, mantê-las eletricamente neutras.

Potencial de uma pilha

Nas pilhas, os elétrons fluem do eletrodo onde ocorre oxidação (anodo) para o eletrodo onde

ocorre redução (catodo), através do fio externo.Se colocarmos, nesse fio externo, um aparelho

denominado voltímetro, conseguiremos medir a força eletromotriz (fem ou E) da pilha.

O valor indicado pelo voltímetro, em volts (V), corresponde a fem da pilha.Nas pilhas comuns,

este valor aparece indicado na embalagem externa da pilha.

Em física, como característica de um gerador (pilha, bateria, etc.), usamos a equação

U = E – r i ; onde:

U = diferença de potencial elétrico (ddp);

E = força eletromotriz do gerador;

r = resistência interna do gerador;

i = intensidade da corrente elétrica.

Em química, consideramos que as pilhas são geradores ideais, com r = zero, e assim:

U = E

Ou seja, a fem da pilha é igual a sua diferença de potencial ou ddp (ΔE).

MATOZO,H.C. 55

O ΔE de uma pilha depende das espécies envolvidas, das suas concentrações e da temperatura. Por

esse motivo, o ΔE é medido na chamada condição padrão que corresponde a espécies com concentração 1

molar e possíveis gases envolvidos com pressão de 1 atmosfera a 25oC. Nessas condições, a diferença de

potencial será representada por ΔE0.

O ΔE0 de uma pilha corresponde à diferença entre os potenciais de redução ou de oxidação das

espécies envolvidas e seu calculo pode ser feito pelas equações a seguir:

ΔE0 = (E0red maior) - (E0

red menor)Ou

ΔE0 = (E0oxi maior) - (E0

oxi menor)

Observação: Na pilha de Daniell, o eletrodo de cobre (cátodo) atrai elétrons do eletrodo de zinco

(ânodo). Estes elétrons passam através do circuito elétrico em questão. Assim que o eletrodo de cobre

recebe elétrons, os íons Cu2+ presentes na solução de sulfato de cobre aproximam-se do eletrodo de

maneira a igualar as cargas negativas. Quando os íons Cu2+ alcançam a superfície do cobre recebem dois

elétrons, depositando-se no eletrodo sob a forma de metal. Por sua vez, por cada íon de cobre depositado,

um íon Zn2+ é libertado do eletrodo de zinco para a solução de sulfato de zinco.

Como foi discutido para ser uma pilha de Daniell tem que ter as seguintes condições padrão que

corresponde a espécies com concentração 1 molar e possíveis gases envolvidos com pressão de 1

atmosfera a 25oC.

Nota: Assim como acontece para qualquer pilha, a pilha de Daniell não dura para sempre. Na realidade, a

produção de corrente elétrica diminui à medida que a concentração do eletrólito de zinco aumenta e a do

eletrólito de cobre diminui. No que diz respeito à ponte salina, a função desta é permitir o transporte de

cargas de uma solução para a outra. Visto que no interior desta existe uma solução salina, à medida que se

vão acumulando as cargas positivas (Zn++ no eletrolítico de sulfato de zinco, o Cl- da solução aquosa de

NaCl compensa o balanço de cargas. Assim, os gradientes de concentração (polarização) devidos à

presença de cargas não compensadas é minimizada pelo menos nos instantes iniciais.

A pilha de Daniell pode produzir potenciais elétricos superiores quando se unem diversas unidades

independentes em série por intermédio de fios condutores

MATOZO,H.C. 56

Pilha de concentração

Em contraste com a pilha de Daniell, nesta experiência somente é utilizado o cobre como elétrodo. Esta

célula utiliza o fato das duas soluções de sulfato de cobre terem diferentes concentrações.

Devido ao fato das duas soluções terem diferentes concentrações, o eletrodo de cobre mergulhado na

solução menos concentrada funciona como ânodo (fonte de elétrons). Ou seja, este libera íons Cu2+ para

a solução de maneira a aumentar a concentração e, conseqüentemente, liberta dois elétrons por cada íon

libertado. Por sua vez, no eletrodo mergulhado na solução mais concentrada (cátodo), os elétrons vindos

do ânodo combinam-se na superfície do eletrodo com os íons Cu2+, formando um deposito de cobre

metálico na sua superfície. A diferença de potencial não é na ordem das unidades dos volts porque

utiliza-se elétrodos do mesmo metal que apresentam tendência iguais para funcionarem como ânodos ou

cátodos. O único fator que obriga o sistema a produzir um fluxo de elétrons é a diferença das

concentrações de íons Cu2+ nos eletrólitos.

Equação de Nernst

Epilha = -0,0592/ n x log[Mn+] diluído/ [Mn+] concentrado

onde n = numero de mols de elétron (quantidade de elétrons para o metal passar de íon em solução a

metal).

22- Eletrólise

Nas pilhas, ocorrem algumas reações químicas capazes de produzir espontaneamente corrente

elétrica. O processo inverso, em que a passagem de corrente elétrica através de um sistema liquido onde

existem íons produz reações químicas, não é espontâneo e é denominado eletrolise, tendo sido estudado

pela primeira vez pó Michael Faraday, em meados do século XIX.

Eletrólise: é o processo no qual uma corrente elétrica produz uma reação de óxido-redução.

As eletrólises são realizadas numa cuba eletrolítica, onde a corrente elétrica é produzida por um

gerador (pilha)

Nesse sistema, em que os eletrodos são geralmente inertes, formados por platina ou grafita

(carvão), temos:

Cátions (C+) migrando para o catodo (pólo -) e sofrendo redução:

C+ + e- C

MATOZO,H.C. 57

Anions (A-) migrando para o anodo (pólo +) e sofrendo oxidação:

A- A + e-

As substâncias que serão submetidas a eletrolise pode estar liquefeitas (fundidas) ou em solução

aquosa.

Eletrólise ígnea

Na eletrólise ígnea, a substância pura está liquefeita (fundida) e não existe água no sistema.

Vejamos como exemplo desse tipo de eletrólise, a que ocorre com o cloreto de sódio (NaCl), utilizando

eletrodos de platina.

Figura , eletrólise Ígnea

Nesse sistema, temos o cloreto de sódio dissociado:

NaCl Na+ + Cl-

As semi-reações que ocorrem nos eletrodos são:

(-) catodo (redução) 2 Na+ + e- 2 Na

(+) anodo (oxidação) 2 Cl- Cl2 + 2 e-

MATOZO,H.C. 58

Montagem da reação Global:

Catodo: 2 Na+ + e- 2 Na

anodo: 2 Cl- Cl2 + 2 e-

reação global: 2 Na+ + 2 Cl- 2 Na + Cl2

Analisando a reação global, podemos concluir que a eletrólise ígnea do cloreto de sódio produz

sódio metálico (Na) e gás cloro (Cl2).

Eletrólise em meio aquoso

Nesse tipo de eletrólise devemos considerar não só os íons provenientes do soluto mas também os

da água e os provenientes de sua ionização. Genericamente, temos:

CA C+ + A-

H2O H+ + OH-

Experimentalmente, verificou-se que somente um dos cátions e um dos anions sofrem descarga

nos eletrodos e que essa descarga segue a seguinte ordem de prioridade:

Metais alcalinos (Li+ , Na+ , K+ ..) Demais metais

Metais alcalino-terrosos (Be2+ , Mg2+ , Ca2+ .) H+ (Mn2+ ,Zn2+ ,Fe2+ ,Ni2+ ,Ag+ ,

Alumínio (Al3+) Cu2+ ,Hg2+ ,Au3+ .........)

Facilidade de descarga

Anions oxigenados (NO3- , SO4

2- , ClO3- ...) OH- Ânions não oxigenados (Cl-,Br- ,I-)

Fluoreto (F-) Hidrogeno-sulfato (HSO-4)

Vamos estudar, agora, algumas eletrólises em meio aquoso.

MATOZO,H.C. 59

1-NaCl

Na solução temos:

NaCl (aq) Na+(aq) + Cl-

(aq)

H2O (l) H+

(aq) + OH-(aq)

Com base na tabela de prioridade de descarga, podemos saber qual elemento irá reagir.

No catodo, temos: H+ e Na+ } facilidade de descarga: H > Na.

Assim, a reação que ocorre é dada por :

(-) Catodo (redução) } 2 H+(aq) + 2 e- H2(g)

E o íon Na+ permanece na solução.

No anodo, temos: OH- e Cl- } facilidade de descarga: Cl > OH.

Assim, a reação que ocorre é dada por :

(+) anodo (oxidação) } 2 Cl-(aq) Cl2(g)

+ 2 e-

E o íon OH- permanece na solução.

Somando as quatro equações, temos a reação global do processo:

2 NaCl (aq) 2 Na+(aq) + Cl-

(aq)

2 H2O(l) 2 H+(aq) + 2 OH-

(aq)

catodo: 2 H+(aq) + 2 e- H2(g)

anodo: 2 Cl-(aq) Cl2(g)

+ 2 e-

reação

global: 2 NaCl (aq) + 2 H2O 2 Na+(aq) + 2 OH-

(aq) + H2(g) + Cl2(g)

A eletrólise do NaCl é um processo que permite obter soda caustica (NaOH), gás hidrogênio (H2) e gás

cloro (Cl2).

Note que a presença de OH na solução final da eletrolise caracteriza soluções básicas.

Observação: No lugar de escrevermos a descarga do H proveniente da água, podemos escrever a descarga

da própria água, cuja reação é dada por:

MATOZO,H.C. 60

2 H2O 2 H+(aq) + 2 OH-

(aq)

2 H+(aq) + 2 e- H2(g)

2 H2O + 2 e- H2(g) + 2 OH-(aq)

•KOH

Na solução, temos:

KOH (aq) K+(aq) + OH -

(aq)

H2O(l) H+

(aq) + OH-(aq)

Catodo AnodoMigração de íons K+ e H+ OH- da água e OH- da baseFacilidade de descarga H+ > K+ OH-

Semi-reação redução

4H2O(l) + 4e- 2H2(g) +

4OH-(aq.)

oxidação

4OH -(aq) 2H2O(l) + O2(g) + 4 e-

Permanece na solução K+ OH-

Simplificadamente: H2O(l) H2(g) + ½ O2(g)

Note que o KOH não participa da eletrólise, que esta realmente ocorrendo com a água, produzindo gás

hidrogênio (H2) e gás oxigênio(O2). Logo, ao final da reação, a solução de hidróxido de potássio (KOH)

estará mais concentrada do que no início.

Aspectos quantitativos da eletrólise

Faraday descobriu que íons de um metal são depositados no estado de metal sólido quando uma corrente

elétrica circula através de uma solução iônica de um sal do metal. O metal prata (Ag) por exemplo, se

deposita quando usamos uma solução eletrolítica de nitrato de prata (AgNO3) e o metal cobre (Cu) se

deposita quando usamos uma solução salina de nitrato de cobre [Cu(NO3) 2]. As semi-reações que

representam as deposições desses metais são:

1 Ag+(aq) + e- Ag(s)

Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s)

MATOZO,H.C. 61

note que 1 mol de elétrons provoca a deposição de 1 mol de Ag+(aq), mas são necessários 2 mols de

elétrons para depositar 1 mol de Cu2+(aq). O numero de elétrons que circula depende da corrente elétrica.

A unidade mais comumente usada para expressar a velocidade de fluxo de uma corrente elétrica é o

amperes (A), que se refere ao número de coulombs (carga) que passa por um ponto por unidade de tempo.

Corrente (i) = carga / tempo = Q / t = A = Coulomb / segundo

i (A) . t (s) = Q (Coulomb)

Q = i . t

Carga corrente tempo

C (A) (t)

Em 1909, Millikan determinou que a carga elétrica de um elétron é igual a 1,6 x 10-19 C e, como

sabemos que 1 mol de elétrons corresponde a 6,02 x 1023 e- , a quantidade de carga transportada pela

passagem de 1 mol de elétrons é dada pelo produto entre esses dois valores, ou seja:

1,6 x 10-19 C x 6,02 x 1023 e- = 9,65 x 104 C

Assim, 9,65 x 104 C ou 96500 C é a quantidade de carga transportada por 1 mol de elétrons e essa

quantidade é denominada constante de Faraday (1F):

1 mol de elétrons (= 6,02 x 1023 e-) transportam = 9,65 x 104 C = 1 faraday = 1F

23- Eletrodeposição ou galvanoplastia

A eletrodeposição está relacionada à deposição ou ao revestimento de superfícies metálicas; é esse

o processo utilizado em prateação, douração, niquelação, cromeação, zincagem,etc.

O objeto a ser revestido durante a eletrodeposição deve estar ligado ao pólo negativo do gerador,

constituindo o catodo. Podemos, por exemplo, aplicar um banho de ouro (douração) em um anel feito de

alumínio. O anel será o catodo, que estará ligado ao pólo negativo do gerador e, ligada ao pólo positivo,

deverá haver uma lâmina de ouro. Esses eletrodos devem estar mergulhados em uma solução aquosa de

um sal de ouro, por exemplo, o nitrato de ouro III [Au(NO3)3].

MATOZO,H.C. 62

Também poderíamos usar um eletrodo inerte (platina) no anodo, o anel de alumínio no catodo e

uma solução aquosa de Au(NO3)3 :

Nesse caso, a deposição de ouro sobre o anel não se origina no anodo; o ouro está presente na

solução e, então, é conveniente que ela esteja concentrada.

Se desejarmos fazer a cromeação de um pára-choque de ferro, ele deve estar ligado ao pólo

negativo do gerador, constituindo o catodo. Já o eletrodo positivo deve ser uma barra de cromo ou, então,

o eletrodo deve ser inerte e a solução eletrolítica deve conter um sal de cromo (Cr3+). Industrialmente, o

processo de cromeação de pára-choques de automóveis é feito em três etapas: cobreação, niquelação e

cromeação. Isso tem a finalidade de dar maior aderência ao cromo, evitando que o pára-choque descasque

e perca cromeação.

24- - Referências Bibliográficas

BRADY,J.E.; HUMISTON,G.E. “Química Geral”. Volume 2.Tradução Cristina Maria Pereira dos Santos, Roberto de Barros Faria. 2ª edição. Editora Livros Técnicos Científicos Ltda. Rio de Janeiro.RJ.1986.

http://www.iope.com.br/3i_corrosao.htm. Acessado em 05 de Fevereiro de 2010.

MATOZO,H.C.; PIMENTA,E.F. Monografia de Eletroquímica Teórica. Universidade Federal de São Carlos. Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia. Departamento de Química. Orientador. Dr. Luiz Henrique Ferreira. São Carlos-SP, 2003.

MATOZO; H.C.; PIMENTA,E.F. Apostila de Eletroquímica, EMIP- QUÍMICA 2008.

MATOZO; H.C.; MARTIN, F.C.N. Ensino de Química Experimental e Estágio Supervisionado Tema

Eletroquímica. Universidade Federal de São Carlos. Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia.

Departamento de Química. Orientador. Dr. Luiz Henrique Ferreira. São Carlos-SP, 2004.

NOVAES, V.L.D. “Química – Físico-química e Química Ambiental”. Volume 2. Atual Editora Ltda. São Paulo. SP.

SILVA, R.R.; BOCCHI, N.; ROCHA-FILHO, R.C. Introdução a Química Experimental. MacGraw Hill. São Paulo. SP. 1990.

TELLES, P.C.S. Materiais para Equipamentos de Processos. Editora Interciência Ltda 6a. ed. Rio de Janeiro, 2003.

USBERCO, J.; SALVADOR, E. “Química – Físico-química dois”. 1ª edição. Editora Saraiva. São Paulo. SP. 1995.

MATOZO,H.C. 63

25- Anexos

Obtenção de alguns metais na natureza

A maioria dos metais aparece na crosta terrestre na forma, principalmente, de óxidos e sulfetos. Somente alguns deles (ouro, prata, platina, cobre e mercúrio) são encontrados livres, no estado nativo. Isso se deve ao fato desses metais serem pouco reativos e de seus potenciais de redução serem muito altos.

Ouro (Au)Pode ser encontrado, na natureza, misturado na areia de quartzo, incrustado no quartzo ou, ainda,

livre na forma de grãos, chamados de pepitas.Quando misturado à areia (ganga), ele é separado por levigaçao, na qual a água arrasta as

partículas de areia, menos densas, deixando depositados os grãos de ouro, mais densos, no fundo do recipiente.

Esse metal é utilizado na produção de jóias, em ligas com prata e cobre, e é utilizado em contato elétricos, placas de computadores e circuitos elétricos em geral. Por isso sua obtenção tem um grande valor comercial.

Prata (Ag)Em algumas minas da América do sul e no Canadá, a prata é encontrada livre. É muito utilizada

como condutor de calor e eletricidade, o melhor que se conhece.É utilizada na forma de ligas com cobre, e também usada para o revestimento de outros metais

menos nobres com a finalidade de torná-los mais resistentes à corrosão ou apenas mais bonitos.

Platina (Pt)É encontrada livre na forma de pepitas. É um metal muito pouco reativo, sendo atacado pela água

régia (uma solução de 3 volumes de ácido clorídrico e 1 volume de ácido nítrico).É utilizada na fabricação de placas resistentes à corrosão, como eletrodos; e na produção de

catalisadores, pois acelera algumas reações, como a transformação de óleos vegetais em margarinas.

Cobre (Cu)É encontrado livre na natureza na forma de pepitas. Foi o primeiro metal utilizado pelo ser

humano, tanto puro como na forma de ligas.É um excelente condutor de calor e eletricidade e, quando exposto ao ar seco, praticamente não se

altera. Na presença de ar úmido e gás carbônico, ocorre a formação de uma camada esverdeada de cobre II (CuCO3), conhecida por azinhavre.

A principal aplicação do cobre é na fabricação de fios e cabos elétricos e, também, de aparelhos industriais, como caldeiras e aparelhos de destilação.

Mercúrio (Hg)Às vezes, é encontrado livre em interstícios de rochas. É o único metal liquido à temperatura

ambiente e sua aplicação mais comum é na fabricação de termômetros.Uma de suas características mais notáveis é a sua capacidade de dissolver outros metais,

originando ligas liquidas, chamadas amalgamas.Nos garimpos de aluvião, o mercúrio é utilizado para dissolver o ouro. Em seguida, o amalgama é

aquecido, e o mercúrio evapora-se, restando o ouro. Esse processo é muito perigoso, pois o mercúrio é altamente tóxico e pode ser introduzido no organismo através da respiração. Esse processo é responsável pela poluição de muitos rios, contaminando o abastecimento de algumas cidades.

MATOZO,H.C. 64

Pelo fato de o mercúrio se acumular no organismo, e não ser excretado, este pode provocar danos fatais ao organismo.

Obtenção dos metais por óxido-reduçãoMuitos dos metais que utilizamos no dia a dia são obtidos a partir de seus minérios por meio de

um processo chamado, genericamente, metalurgia. Na metalurgia, são utilizadas varias reações de óxido-redução, sendo a ustulação uma delas.

Ustulação: aquecimento de sulfetos metálicos na presença de oxigênio, produzindo o metal na sua forma elementar e, ainda, dióxido de enxofre.

MS + O2 M + SO2

Veja na tabela a seguir alguns sulfetos metálicos e os respectivos metais obtidos.

Tabela - Alguns sulfetos metálicos

Nome Fórmula Metal obtidoArgentita Ag2S Prata (Ag)Cinábrio HgS Mercúrio (Hg)Calcosita CU2S Cobre (Cu)

Calcopirita FeS.Cu2S Cobre e ferro (Cu e Fe)Galena PbS Chumbo (Pb)Blenda ZnS Zinco(Zn)

Para se obter um metal através da ustulação, sempre é utilizado o sulfeto desse mesmo metal, porém nem todos os minérios são sulfetos. Então, além da ustulação, usam-se outros processos para a obtenção de metais.

Um dos impactos ambientais decorrentes da ustulação é o lançamento de SO2(g) à atmosfera, provocando, então a chamada chuva ácida.

Ferro (Fe)Os principais minérios de ferro são:Magnetita – Fe3O4

Hematita – Fe2O3

Limonita – 2 Fe2O3 . 3 H2OSiderita – FeCO3

Pirita (ouro de tolo) – FeS2

O mais utilizado para a obtenção de ferro é a hematita e o processo mais empregado é o alto-forno. Nesse processo, deve-se inicialmente carregar o alto-forno com carvão coque (C, que irá proporcionar um maior aquecimento), que, através da combustão, irá aquecer o alto-forno antes de ele receber sucessivas camadas de minério. E o óxido de ferro é reduzido a ferro (líquido) que se acumula na base do auto-forno, sendo retirado em intervalos de 4 a 6 horas.

Alumínio (Al)O alumínio é utilizado em estruturas devido a sua alta resistência e baixa densidade.O minério mais comum é a bauxita Al2O3 . x H2O, ou simplesmente Al2O3 . Para sua produção é utilizado, principalmente, o processo de Hall (C. M. Hall 1886). Esse

processo baseia-se na eletroquímica e consiste em fazer a eletrólise ígnea da bauxita na presença da

MATOZO,H.C. 65

criolita (Na3AlF6). O catodo utilizado é o de ferro e o anodo de carbono grafite, e estes são mergulhados na mistura fundida de bauxita + criolita.

O processo requer o gasto de muita energia elétrica, por isso seu custo é elevado. O Brasil possui grandes jazidas de bauxita, mas precisa importar alumínio devido seu alto custo na obtenção.

A criolita é um minério muito raro, sendo encontrado especialmente na Groelândia, por isso é produzido, muitas vezes, sinteticamente.

O alumínio é um metal que tem um comércio mundial muito grande, pois é utilizado para diversos fins, tais como: latas (refrigerantes, cervejas), condutor elétrico, pelo fato do alumínio ser um metal de difícil oxidação (potencial de redução alto), ele é muito usado em estruturas metálicas nas cidades que se encontram no litoral.

Sódio (Na)Assim como os demais metais alcalinos ele é muito reativo. Deve ser armazenado em frascos com

querosene, pois reage facilmente com o oxigênio do ar. E também reage com a água, e essa reação pode ser muito violenta, podendo ser até explosiva.

O processo utilizado para sua obtenção é a eletrólise ígnea do cloreto de sódio (nesta eletrólise também se obtém o gás cloro). O sódio é usado em síntese de compostos orgânicos, corantes, usado na fabricação de lâmpadas, reatores nucleares, etc.

O cloro é muito usado na fabricação de produtos de limpeza, desinfetante, alvejante, etc.A eletrólise aquosa do NaCl, além de produzir essas duas substâncias, também produz o gás

hidrogênio (muito usado como combustível) e o hidróxido de sódio (NaOH), este último é muito utilizado nas indústrias para: preparação do sabão, refinação de petróleo, fabricação de papel, indústria têxtil, etc.

Várias outras substâncias podem ser obtidas através da eletrólise, tais como o oxigênio, por eletrólise da água (também se obtém gás hidrogênio nesse processo). O oxigênio é muito utilizado como combustível, é utilizado na medicina, etc.

Figura , formas de corrosão