Corrosão

Teoria Completa

Corrosão é um processo de deterioração de materiais.

Aqui, a gente vai se deter na deterioração de materiais causada por processos redox. Ou seja, a corrosão eletroquímica.

Materiais não-metálicos não sofrem corrosão eletroquímica, apenas corrosão química. Tipo o que acontece se você tacar um ácido na madeira.

Na corrosão eletroquímica, o material que se deteriora, um metal, sofre oxidação.

A princípio a gente tem lá um cara metálico (NOX 0) que, ao sofrer oxidação, passa pra sua forma catiônica. Aí ele deixa de ser metálico, pode formar um óxido, um sal, ser lavado pela água... o que interessa é que o metal deixa de ser metal, é corroído, vira outra coisa.

Pro metal se oxidar, a gente precisa de um agente oxidante, que cause essa corrosão.

Um agente oxidante muito comum é o ar úmido. Pela reação abaixo:

O 2 + 2 H 2 O + 4 e - → 4 O H -         E R E D 0 = + 1,23   V

A gente vê que o oxigênio, na presença da água, é um cara bem oxidante, porque tem uma tendência considerável a se reduzir.

Aí quanto menor o E R E D 0 do metal, maior sua tendência a se oxidar. Mais espontânea é a pilha formada entre ele e o oxigênio e mais facilmente ele será corroído.

“Quanto maior o E R E D 0 do metal, mais facilmente ele sofre redução”

Mas nem só de oxigênio vive a corrosão!

Vamos ver os tipos de pilhas que causam a corrosão de metais e como tentamos combater cada uma delas.

Pilha de metais diferentes

Lembra que quando dois metais diferentes estão em contato, devido a diferença dos potenciais de redução entre eles a gente gera uma pilha?

Pois é.. se você tiver uma placa de ferro, por exemplo, e colocar nela um prego de cobre, o que deve acontecer?

Vamos ver os potenciais desses caras:

F e 2 + + 2 e - → F e s           E R E D 0 = - 0,44   V

C u 2 + + 2 e - → C u s           E R E D 0 = + 0,34   V

Então, a gente espera que, nesse caso, o ferro se oxide, pois tem menor potencial de redução que o cobre. Ou seja, por causa da escolha errada do material do prego, você vai deteriorar sua placa de ferro inteira!

E como podemos combater esse tipo de corrosão?

Precisamos evitar o contato entre os metais. Pode-se usar tintas, borrachas ou qualquer outro tipo de isolante elétrico (que impessa o fluxo de elétrons, essencial para a pilha).

Outra forma é deixar que a pilha aconteça, mas garantir que existe um cara com potencial de redução ainda mais baixo em contato com seu metal.

Tipo assim, naquele exemplo do ferro e cobre, que tal colocar uma placa de zinco em contato com a placa de ferro?

Z n 2 + + 2 e - → Z n ( s )         E R E D 0 = - 0,76   V

Com potencial de redução ainda mais baixo, o zinco torna-se o principal doador de elétrons da galera. Resultado: ele se oxida e o ferro não!

Nesse caso, o zinco é chamado de metal de sacrifício. Você sabe que ele vai ser corroído, mas coloca ele ali mesmo assim, pra se sacrificar e proteger a sua estrutura da corrosão.

Esse tipo de proteção é chamada proteção catódica. O ferro, que era seu ânodo (quem sofre corrosão), passa a ser o catodo da nova pilha, formada com o metal de sacrifício.

Pilha com eletrodos metálicos iguais

As pilhas com eletrodos metálicos iguais podem ocorrer por: aeração diferencial, concentração iônica diferencial ou temperatura diferencial.

A gente já viu que, pela equação de Nersnt, um mesmo metal imerso em soluções com concentrações iônica diferentes forma uma pilha. Se forma pilha, pode ocasionar corrosão! E, nesse caso, o ânodo (que sofre a corrosão) é onde a concentração iônica é menor!

Agora, imagina aí uma placa metálica com um cocô de passarinho, ou com uma colônia de fungo sobre ela, ou com uma fresta: típicas pilhas de aeração diferencial!

Não vamos nem comentar a acidez das fezes ou das colônias fúngicas, o que causa uma corrosão química.

Olhando só pelo lado eletroquímico, a superfície livre tem concentração de oxigênio maior do que sobre a meleca depositada. Nesse caso, a gente forma uma pilha onde o ânodo será onde a pressão de oxigênio é menor.

Traduzindo, a corrosão ocorre onde a concentração de oxigênio é menor: na fresta, sob a colônia ou o que quer que esteja impedindo o contato do metal com o oxigênio.

E o combate desse tipo de corrosão é evitar frestas e arranhões, manter as superfícies metálicas limpas ou se jogar na proteção catódica também!

Corrosão eletrolítica

Eletrolítica vem de eletrólise, então essa corrosão não ocorre a partir de uma reação espontânea (pilha), mas rola uma descarga elétrica que impulsiona a deterioração do material.

Pensa num cano de metal enterrado, carregando o que quer que seja.

Aí, numa noite de tempestade, um raio cai num para-raio, que manda essa descarga elétrica pra terra.

A descarga elétrica “foge”pelo chão e acaba encontrando o cano de metal de bobeira. Como o metal é um bom condutor de eletricidade, a corrente atravessa toda a estrutura metálica e sai em algum ponto do cano para a terra novamente.

Se a corrente elétrica aí do esquema está indo da esquerda para a direita e, por convenção, ela é o contrário do fluxo de elétrons, os elétrons estão indo da direita para a esquerda.

E em uma célula eletrolítica, os elétrons vão do ânodo para o cátodo.

Portanto, o ânodo será onde a corrente elétrica “sai” do cano. E ali que vai ocorrer a corrosão.

E pra proteger encanamentos subterrâneos, pode-se tentar isolar eles eletricamente (com graxas, borrachas, etc) ou usar algum metal de sacrifício.

Expandir

Exercício Resolvido #1

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 550-Teste 13.17. Modificado.

a) Qual dos seguintes procedimentos ajuda a evitar a corrosão de uma haste de ferro: diminuição da concentração de oxigênio na água, pintura da haste ou ambos?

b) Qual dos seguintes elementos podem agir como anodo de sacrifício para o ferro: cobre, zinco ou estanho?

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Passo 1

a) Não fica muito claro que a haste está dentro da água. Mas, supondo que esteja, será que a diminuição da concentração de oxigênio na água evita a corrosão da haste?

A água, por si só, já pode agir como agente oxidante. Ela se reduz segundo:

2 H 2 O + 2 e - → H 2 + 2 O H -   E R E D 0 = - 0,83   V

No entanto, o oxigênio dissolvido na água é um problema muito maior, pois seu potencial de redução é muito maior, fazendo dele um agente oxidante muito mais agressivo:

O 2 + 2 H 2 O + 4 e - → 4 O H -         E R E D 0 = + 1,23   V

Portanto: SIM! Diminuir a concentração de oxigênio na água torna o ambiente menos corrosivo.

Passo 2

E a pintura da haste?

A pintura da haste também pode ser útil na proteção da mesma. A tinta impede fisicamente o contato direto do ânodo (ferro) com o cátodo (oxigênio). Assim ela protege o metal da corrosão.

Portanto, ambas as medidas são úteis.

Passo 3

b) Pra se sacrificar em nome de proteger o ferro, um metal deve ter potencial de redução menor do que o do ferro.

Ou seja, a tendência do ferro em ficar reduzido (metálico) deve ser maior do que a do metal de sacrifício.

Então vamos olhar os potenciais de sacrifício da galera:

F e 2 + + 2 e - → F e s         E R E D 0 = - 0,44   V

F e 3 + + 3 e - → F e s         E R E D 0 = - 0,04   V

C u 2 + + 2 e - → C u s         E R E D 0 = + 0,34   V

C u + + e - → C u s         E R E D 0 = + 0,52   V

Z n 2 + + 2 e - → F e s         E R E D 0 = - 0,76   V

S n 2 + + 2 e - → S n s         E R E D 0 = - 0,14   V

S n 4 + + 2 e - → S n 2 +         E R E D 0 = + 0,15   V

O potencial de oxidação mais forte do ferro é indo para ferro II ( E O X I 0 = + 0,44   V ).

Entre os potenciais de redução mostrados aí, apena o do zinco é mais baixo do que o do ferro II.

Portanto, apenas o zinco pode ser usado como anodo de sacrifício.

Resposta

a) Ambos

b) Zinco

Exercício Resolvido #2

PUC – Goiás. Prof. Monah Marques. Questão 09.

O esquema de corrosão do ferro é descrito nas equações abaixo:

Ânodo:

F e ( s ) → F e ( a q ) 2 + + 2 e -

F e ( a q ) 2 + → F e ( a q ) 3 + + 2 e -

Cátodo:

2 H 2 O ( l ) + O 2 ( g ) + 4 e - → 4 O H -   ( n a   p r e s e n ç a   d e   O 2 )

Reação global:

2 F e ( s ) + 3 H 2 O ( l ) + 3 2 O 2 ( g ) → 2 F e ( O H ) 3 ( s )

O recobrimento do material com uma camada de tinta é uma das ações que diminui a ferrugem contra a ação da corrosão, porque a tinta:

a) sendo ácida, reage com a ferrugem, neutralizando-a;

b) promove um aumento da energia de ativação da reação de oxidação, dificultando-a;

c) possui potencial de oxidação maior que o ferro, oxidando-se no lugar dele;

d) evita que o ferro se oxide, isolando-o do contato com o oxigênio e a água;

e) absorve energia solar, aumentando a energia de ativação da reação, dificultando-a.

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Passo 1

O mecanismo de atuação da tinta contra ferrugem é através do isolamento da estrutura metálica.

Ela não deixa o meio corrosivo (umidade, oxigênio) ter um contato elétrico com o metal.

Se não tem transferência de elétrons, não tem pilha, não tem corrosão!

A reposta certa é a letra d!

Resposta

d

Exercício Resolvido #3

IQSC-USP. Lista de Eletroquímica. Questão 19.

Se você tivesse que escolher um metal para proteger o casco de aço de um navio, qual escolheria e porque?

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Passo 1

Aço é uma mistura de ferro com carbono (e outras coisinhas, em menor quantidade).

Pra proteger o casco do navio, a gente vai precisar de um metal bem pouco nobre, ou seja, um cara com potencial de redução bem baixo, que seja capaz de se oxidar no lugar do casco.

Entre os caras com potencial de redução mais baixos estão os metais alcalinos, alcalinos terrosos, alumínio, zinco, entre outros.

Dentre os caras com potencial adequado, devemos procurar um que seja mais barato que o casco do navio, se não não faz sentido sacrificá-lo, certo?

Respeitando esses requisitos, zinco, magnésio e alumínio acabam sendo bastante usados!

Resposta

Zinco, alumínio, magnésio.

Exercício Resolvido #4

PUC – Goiás. Prof. Monah Marques. Questão 10.

Alguns trocadores de calor utilizam tubos de alumínio por meio dos quais passa a água utilizada para a refrigeração. Em algumas indústrias, essa água pode conter sais de cobre. Sabendo que o potencial padrão de redução para o alumínio ( A l 3 + para A l 0 ) é de -1,66 V e, para o cobre ( C u 2 + para o C u 0 ), é de +0,34 V, julgue os itens a seguir.

( ) A água contendo sais de cobre acarretará a corrosão da tubulação de alumínio do trocador de calor.

( ) Na pilha eletroquímica formada, o cobre é o agente redutor.

( ) Se a tubulação do trocador fosse feita de cobre e a água de refrigeração contivesse sais de alumínio, não haveria formação de pilha eletroquímica entre essas espécies metálicas.

( ) O valor, em módulo, do potencial padrão para a pilha eletroquímica formada é igual a 1,32 V.

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Passo 1

( ) A água contendo sais de cobre acarretará a corrosão da tubulação de alumínio do trocador de calor.

Para isso acontecer, o potencial de redução do cobre deve ser maior do que o potencial de redução do alumínio.

Dessa forma, o potencial de oxidação do alumínio será maior que o potencial de oxidação do cobre.

Com isso, a tendência do alumínio em se oxidar, será maior. O alumínio metálico se oxida a A l 3 + , enquanto os cátios de cobre dos sais se reduzem a cobre metálico.

Como E R E D C u 0 > E R E D A l 0 , a alternativa é verdadeira.

Passo 2

( ) Na pilha eletroquímica formada, o cobre é o agente redutor.

O agente redutor é aquele que causa a redução de alguém, ou seja, aquele que se oxida.

Como o cobre tem o maior potencial de redução, ele vai sofrer a redução e causar a oxidação. Ou seja, o cobre trabalha como agente oxidante nessa pilha.

Alternativa falsa.

Passo 3

( ) Se a tubulação do trocador fosse feita de cobre e a água de refrigeração contivesse sais de alumínio, não haveria formação de pilha eletroquímica entre essas espécies metálicas.

Verdadeiro!

Como o cobre tem maior potencial de redução, ele tende a permanecer na sua forma reduzida (metálica).

O alumínio, com maior potencial de oxidação, tende a ficar na sua forma oxidada (como nos sais de alumínio).

Portanto, nenhuma reação REDOX espontânea aconteceria. Todos viveriam felizes para sempre.

Passo 4

( ) O valor, em módulo, do potencial padrão para a pilha eletroquímica formada é igual a 1,32 V.

Vamos aos cálculos:

A l 3 + + 3 e - → A l 0           E R E D 0 = - 1,66   V

C u 2 + + 2 e - → C u 0         E R E D 0 = + 0,34   V

E a ddp da pilha pode ser calculada por:

∆ E 0 = E R E D ( m a i o r ) 0 - E R E D ( m e n o r ) 0

∆ E 0 = + 0,34 - - 1,66 = + 2,00   V

Portanto, alternativa falsa.

Resposta

V, F, V, F

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria.

Por que metais como o ouro e a prata são considerados “nobres”?

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Passo 1

O ouro e a prata são metais com potencial de redução bem altos.

A u + + e - → A u         E 0 = + 1,69   V

A u 3 + + 3 e - → A u         E 0 = + 1,40   V

A g + + e - → A g         E 0 = + 0,80   V

O que isso significa?

Significa que eles tem uma tendência muito grande a permanecer na forma metálica, ou seja, não sofrem corrosão com facilidade.

Por isso, peças de ouro, prata e de outros metais nobres, costumam durar muito tempo!

Fatores como disponibilidade na natureza e aparência também influenciam no valor dos metais, é claro.

Mas a nobreza desses caras está intimamente ligada com seus altos potenciais de redução.

Resposta

Porque possuem altos potenciais de redução.

Exercício Resolvido #6

Prova da petrobras, Cargo engenheiro Jr. maio de 2010, Questão 31

Peças de metal que são enterradas no solo sofrem corrosão eletroquímica com frequência. Alguns exemplos são os oleodutos, gasodutos, tanques de gasolina, entre outros. Graças à proteção catódica, tubulações de aço ficam protegidas da corrosão, utilizando-se, por exemplo, anodos de sacrifício. Conhecendo-se os potenciais padrões de redução de alguns metais (X, Y, Z e W), acima apresentados, quais deles poderiam ser utilizados para evitar a corrosão dessas tubulações?

Dados:

F e 2 + +   2 e -   →   F e ( s )   E °   =   - 0,44   V

X 3 +   +   3 e -   →   X ( s )   E °   =     - 1,66   V

Y 2 + +   2 e -   →   Y ( s )   E °   =   + 0,34   V

Z 2 + +   2 e -   →   Z ( s )   E °   =   - 2,37   V

W 1 + +   1 e -   →   W ( s )   E °     =   + 0,80   V

(A) X e Y

(B) X e Z

(C) Y e Z

(D) Y e W

(E) W e Z

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Passo 1

Metal de Sacrifício

Nessa questão a estrutura está em condições corrosivas e para preservar a tubulação é preciso o uso de um metal de sacrifício, ou como o próprio texto chama proteção catódica. Para isso será preciso escolher um metal que poderá ser oxidado preferencialmente ao Ferro, então deve-se escolher um elemento com potencial de redução menor que o do Ferro.

Tendo isso em vita há duas possibilidades:

X 3 +  

Z 2 +

No entanto o potencial de redução do Z é muuuito baixo e com isso ele vai ser oxidado de forma muito intensa no meio em que ele deveria proteger o Ferro. A melhor escolha nesse caso é o X, Vale lembrar que o potencial de redução de um metal a ser usado em proteção catódica deve ser menor que o do Ferro, mas não deve ser o menor possível e sim, de preferencia, o menor e mais próximo possível.

Resposta

Letra B

Exercício Resolvido #7

Prova da petrobras, Cargo engenheiro Jr. maio de 2010, Questão 38

A tendência do aço em reagir com o ambiente faz com que estruturas metálicas, constituídas por essa liga, necessitem de sistemas de proteção contra oxidação. Nas refinarias, óleo cru e derivados podem ser armazenados em tanques de aço ao carbono e, após certo período, pode ocorrer uma separação de fases dentro do tanque. A fase aquosa fica em contato com o fundo interno do tanque, podendo ocasionar a oxidação desta superfície metálica. Como forma de minimizar esse problema, podem ser fixadas, no fundo do tanque, barras de alumínio formando uma célula eletroquímica. Com base nessas informações, no processo de proteção contra a oxidação, o comportamento do

(A) aço apresenta maior potencial de oxidação e tuaria como anodo.

(B) aço apresenta maior potencial de redução e atuaria como anodo.

(C) Al apresenta maior potencial de redução e atuaria como catodo.

(D) Al apresenta maior energia de ionização e atuaria com catodo.

(E) Al apresenta menor energia de ionização e maior potencial de oxidação.

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Passo 1

Metal de Sacrifício

Nessa questão o alumínio instalado na estrutura tem a função de agir como metal de sacrifício, afinal o alumínio tem menor potencial de redução e vai se oxidar naturalmente, transferindo seus elétrons a e mantendo o tanque de aço protegido por um maior tempo.

A resposta para essa questão é a alternativa E e, que aponta que o A l apresenta maior potencial de oxidação e também a menor energia de ionização.

Vale lembrar que a energia de ionização é a energia necessária para se retirar um elétrons de qualquer elemento, e quanto menor a energia de ionização mais fácil de se retirar o elétrons.

Resposta

Letra E