DEFINIÇÃO DE CORROSÃO

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 Aspectos Físico-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 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+ + 2e Reação 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

O ion e seu envólucro de moléculas de água são uma entidade cinética única H H H H H H + H H

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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