DEFINIÇÃO DE CORROSÃO
• Processo inverso da Metalurgia Extrativa, em que o metal retorna ao seu estado original.
• Corrosão é a destruição ou deterioração de um material devido à reação química ou eletroquímica com seu meio
• Corrosão é a transformação de um material pela sua interação química ou eletroquímica com o meio
ENGENHARIA DE CORROSÃO
• Aplicação de ciência e trabalho para prevenir ou controlar a corrosão de maneira econômica e segura
• Princípios químicos e metalúrgicos• Propriedades mecânicas dos materiais• Natureza dos meios corrosivos• Disponibilidade de materiais• Processos de fabricação• Projeto• Ensaios de corrosão
Resistência à corrosão
Disponibilidade Custo
Material
Resistência Mecânica Aparência
Processo de Fabricação
Aspectos eletroquímicos
Aspectos Resistência à AspectosFísico-Químicos Corrosão Metalúrgicos
Aspectos Termodinâmicos
MEIOS DE CORROSÃO
• Atmosfera• Principais Parâmetros: - materiais poluentes - umidade relativa - temperatura - intensidade e direção dos ventos - variações de temperatura e umidade - chuvas - radiação
MEIOS DE CORROSÃO
• Classificação: - Rural - Industrial - Marinha - Urbana - Urbana- Industrial - outras combinações
MEIOS DE CORROSÃO
• Meio aquoso
- Águas naturais: água salgada e água doce - gases dissolvidos - sais dissolvidos - material orgânico - bactérias e algas - sólidos em suspensão - pH e temperatura - velocidade da água
MEIOS DE CORROSÃO
• Meio aquoso
- Águas naturais: água salgada e água doce - gases dissolvidos - sais dissolvidos - material orgânico - bactérias e algas - sólidos em suspensão - pH e temperatura - velocidade da água
MEIOS DE CORRROSÃO• Meios líquidos artificiais: produtos químicos em geral
• Solos: - aeração, umidade e pH - microorganismos - condições climáticas - heterogeneidades do solo - presença de sais, água e gases - resistividade elétrica - correntes de fuga
MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Célula Eletroquímica: Célula de Daniell
MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Corrosão: a resistência entre os eletrodos é nula: célula em curto-circuito
MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Exemplo: reação do zinco na presença de ácido clorídrico
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Zn + 2H+ Zn2+ + H2
Reação de oxidação (anódica): Zn Zn2+ + 2eReação de redução (catódica): 2 H+ + 2e H2
MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
As reações anódica e catódica são reações parciais
Ambas reações acontecem simultaneamente e à mesma velocidade sobre a superfície do metal: não há acúmulo de carga elétrica
Qualquer reação que pode ser dividida em dois processos parciais de oxidação e redução é denominada reação eletroquímica
MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
• Reações catódicas• Evolução de hidrogênio (meios ácidos) 2H+ + 2e H2
• Redução de oxigênio (soluções ácidas)
O2 + 4H+ + 4e 4OH-
• Redução de oxigênio (soluções neutra ou básicas) O2 + 2H2O + 4e 4OH-
• Redução de íon metálico M3+ + e M2+
• Deposição de metal M+ + e M
MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
Metal sofrendo corrosão consiste:• região que cede eletrons dissolução do metal
(corrosão) reação anódica condutor eletrônico • região que consome eletrons reação catódica condutor iônico: eletrólito
Teoria de Células Locais
MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
• Fontes de Corrosão Eletroquímica• Heterogeneidades primárias: são inerentes
ao material Impurezas no metal Ligas Vérticies e arestas de cristais Pontos de ruptura de filmes protetore
MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO
• Heterogeneidades secundárias: não inerentes ao material
Correntes elétricas de fuga contatos bimetálicos diferenças no meio corrosivo (aeração,
concentração)
CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
• Ciência dos materiais: interpreta as propriedades dos materiais em termos das interações entre átomos e moléculas que constituem o todo do material interpretação parcial do comportamento do material.
• Ciência de Superfície: permite explicar falhas inesperadas através da associação com eventos que se dão na superfície
associação de um defeito em escala atômica na superfície causado por uma reação de superfície e uma tensão aplicada ou residual.
CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
• INTERFACES
Metal: é constituído de partículas carregadas positivas e negativas balanceadas entre si - condutor eletrônico
Filme de umidade: moléculas de água, oxigênio e hidrogênio - condutor iônico
Interface entre um condutor eletrônico e um condutor iônico
CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
• Moléculas de água são dipolos elétricos - + - + - + - +• Troca de carga + - 2H+ + 2e H2
+ - H2 2H+ + 2e
+ -
CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
• Independentemente da forma como ocorre, sempre que há uma interface, ocorre o carregamento de ambos os lados desta interface, e o desenvolvimento de uma diferença de potencial através da INTERFASE. Esse carregamento ocorre antes que as cargas nas duas fases sejam iguais em magnitude mas de sinais opostos
• Todas as interfaces são eletrificadas e as superfícies têm excesso de carga. Esse excesso de carga é que afeta as propriedades de superfície dos materiais fazendo-as desviar daquelas determinadas para o material como um todo.
CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE
• Eletroquímica é a ciência que estuda as conseqüências da transferência de cargas elétricas de uma fase para outra
• A ciência eletroquímica estuda, principalmente, a situação superficial, particularmente aquelas resultantes das propriedades elétricas da interfase.
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• Sistema Eletroquímico - um condutor eletrônico em contato com um condutor
iônico (eletrólito) que consiste de ions em movimento
Interações ion- solvente Interações ion-ion
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• Água: estruturalmente é descrita como uma forma quebrada e xpandida do retículo do gelo, havendo um grau considerável de ordem a curta-distância, caracterizada por ligações tetraédricas.
• Moléculas que formam o retículo + moléculas livres que se movimentam livremente
• A molécula de água é polar - dipolo elétrico
O que acontece na presença de ions?
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• Ions orientam dipolos• Considerando o ion como uma carga pontual e as
moléculas de solvente como dipolos elétricos = interação ion-solvente
• Passa a existir uma entidade ion-solvente que se movimenta como uma entidade cinética única
+
H H
H
H
H H
H
H
O ion e seu envólucro de moléculas de água são uma entidade cinética única
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• O que acontece a determinada distância do ion?
1. Região primária: região próxima ao ion no qual o campo iônico tenta alinhar os dipolos das moléculas de água
2. Na região distante do ion mantém-se o retículo da água
3. Região secundária: região intermediária, onde a orientação depende da distância com relação ao ion.
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• Essas interações geram a energia de solvatação, ou seja, a energia de ligação entre ion e solvente:
1. Se o ion está fortemente ligado ao solvente não será fácil a reação de troca de carga
2. Se o ion está fracamente ligado ao solvente a troca de carga será facilitada.
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• Interação ion-ion: depende fortemente da concentração dos ions em solução
1. Para soluções diluídas a interação é do tipo eletrostática
2. Para maiores concentrações, os ions aproximam-se uns dos outros podendo ocorrer a sobreposição das camadas de solvatação: interações do tipo eletrostática e do tipo ion-dipolo
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• Transporte de ion em solução
1. Se houver uma diferença de concentração de ions em regiões distintas do eletrólito: gradiente de concentração, produzindo um fluxo de ions = difusão
Num sistema eletroquímico: se um eletrodo está doando eletrons a cátions metálicos existirá um gradiente de concentração na direção do eletrodo. A difusão ocorre em direção ao eletrodo
ELETROQUÍMICA BÁSICA
2. Se houver diferenças no potencial eletrostático em vários pontos do eletrólito, o campo elétrico gerado produz um fluxo de cargas na direção do campo = condução
campo elétrico = diferença de potencial através da solução distância entre os eletrodos
Resultante: a velocidade de chegada dos ions a um eletrodo irá depender do gradiente de concentração e do campo elétrico na solução
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• Difusão: predominante na região próxima à interface• Condução: predominante na região intermediária entre os
eletrodos, onde não há gradiente de concentração. - os ânions movem-se mais rapidamente que os cátions - para a densidade de corrente total carregada pelos ions
dá-se o nome de i, onde i = i- + i+
- número de transporte: t+ = i+/i t- = i-/i
ELETROQUÍMICA BÁSICA
• Para cada eletron doado em um eletrodo deve-se ter um ion recebendo eletron no outro: correntes iguais
• Fazer com que as correntes sejam iguais em cada eletrodo é papel da difusão. Os gradientes de concentração nos eletrodos irão se ajustar de forma que a corrente seja igual nos dois.
A DUPLA CAMADA ELÉTRICA
• As propriedades da região de fronteira eletrodo/eletrólito são anisotrópicas, e dependem da distância entre as fases.
• Ocorre uma orientação preferencial dos dipolos do solvente e excesso de carga na superfície do eletrodo, em decorrência da orientação existente no eletrólito.
• Resultado: separação de cargas através da interface eletrodo/eletrólito, embora a interfase seja eletricamente neutra.
• Em decorrência da separação de cargas aparece uma diferença de potencial através da fronteira eletrodo/eletrólito
A DUPLA CAMADA ELÉTRICA
• ddp = 1V• Dimensão da interfase = 10 angstrons• Gradiente de potencial = 107 V/cm essência da
eletroquímica
• Dupla camada elétrica: descrve o arranjo das cargas e a orientação dos dipolos que constituem a interfase na fronteira = interface eletrificada
A DUPLA CAMADA ELÉTRICA
• Para os processos corrosivos a influência da dupla camada recai sobre a velocidade com que esses processos ocorrem. A velocidade de corrosão depende parcialmente da estrutura da dupla camada, isto é, do campo elétrico através da interfase. Sendo assim, a dupla camada influencia a estabilidade das superfícies metálicas e como conseqüência a resistência mecânica desses materiais.
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