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Proteção e Corrosão de Metais - Química 12.º Ano

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Alexandre Vieira

on 12 December 2012

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Transcript of Proteção e Corrosão de Metais - Química 12.º Ano

Química 12* Ano Proteção e Corrosão de Metais É um processo no qual ocorre uma oxidação não desejável num determinado metal. É um dos processos mais estudados em Química devido à sua elevada importância - na sua maioria - para a indústria. 1. Uma possível descrição para
Corrosão 4 Fe(s) + 3 O2 (l) + 2x H2O (l) 2 Fe2O3.x H2O (s) 2.Um caso particular de corrosão: A ferrugem A ferrugem funciona como se fosse uma pilha local, isto é, um tipo de pilha que ocorre espontaneamente na natureza, que por sua vez fundamenta-se em reacções de oxidação-redução que ocorrem espontaneamente na natureza, sem necessidade de intervenção humana. Ferrugem do ponto de vista químico Os principais responsáveis pela formação da ferrugem são a água e o oxigénio e com isto, sabe-se o seguinte: Ainda na ferrugem: a influência do oxigénio na corrosão húmida A corrosão, enquanto processo de circulação de electrões, leva à formação de ânodos e cátodos em locais tanto específicos ou gerais no metal, contudo a forma como o metal vai perder massa devido à corrosão ocorre de diferentes formas, existindo até dezenas de tipos de corrosão: Tipos de Corrosão Conhecendo o funcionamento do processo do tipo de corrosão e identificando o agente que causa a mesma, há 2 formas possíveis de atacar a corrosão: actuar no meio em que o metal está inserido ou actuar no metal em si. Controlando a Corrosão Escola Secundária da Ribeira Grande - 2012/2013 É indesejável já que diminui a durabilidade do metal em questão, sendo os casos mais conhecidos os da corrosão em ferro e zinco - estes que estão presentes em edifícios, pontes, navios, carros, bicicletas. Três outros processos de protecção contra a corrosão: (Ferrugem) Este processo leva à deterioração do metal local ou integralmente por processos electroquímicos - reacções de oxidação-redução - tais como: (Verdete) Ou ainda... É um processo comum de corrosão já que o ferro reage muito facilmente como oxigénio, tão facilmente que é bastante difícil de facto encontrar ferro puro na natureza. Um caso particular de Corrosão: A ferrugem Oxigénio combina-se com o metal Electrões de ferro são libertados Fluxo dos electrões para o cátodo - por meio do electrólito 4 Fe (s) + 3 O2 (l) Fe (s) -> Fe2+(aq) + 2e- A superfície da zona do ânodo começa a se desfazer - já que está transformada numa zona de catiões, isto é, há formação de ferrugem A corrosão do ferro é então chamada de ferrugem, é o processo electroquímico que envolve um ânodo (que cede electrões), um electrólito (meio líquido para ajudar na passagem de electrões) e um cátodo (que aceita os electrões libertados). Por ser um processo que envolve a presença de água, os metais de ferro são muito mais susceptíveis a chuvas ácidas e água salgada em relação à água destilada porque os dois primeiros líquidos funcionam como melhores electrólitos do que a água - o que acelera substancialmente o processo de formação de ferrugem no ferro. Em seguida procede-se à explicação da ferrugem do ponto de vista quimico. Imaginando uma situação hipotética... Assim que uma gota de água, ou a humidade, entra em contacto com o ferro, a superfície do mesmo age como um ânodo e ocorre a reacção de oxidação do ferro.

Os electrões libertados, desta forma, movem-se através do metal até uma zona mais periférica da gota na qual a concentração de oxigénio dissolvido na água é maior.

Esta zona vai funcionar como um cátodo, ocorrendo o seguinte processo de redução: Desta forma, metal ferro funciona como se fosse o circuito externo entre os terminais da pilha e ao ocorrer naturalmente o processo, faz com que seja designada de pilha local. Em seguida forma-se hidróxido de ferro (III) - Fe(OH)2 (s) - pela junção dos iões de ferro e de água (OH-), composto químico este que ao ser rapidamente oxidado pelo oxigénio, origina a ferrugem (Fe2O3.xH20) (s) ½ 1/2 O2 (g) + 2H2O (l) + 2e- -> 2 OH- (aq) Como catalisadores da ferrugem tem-se por um lado certos compostos químicos (como o dióxido de enxofre ou dióxido de carbono) e por outro ambientes salinos (que aumentam a condutibilidade da água). Semi-reacção da água (Eo=-0,83V): 2H2O (l) + 2e- -> H2 + 2OH- (aq) Sabendo que o fundamento força electromotriz é válido quando a solução tem concentração de 1,0mol/dm^3, e que a concentração de OH- nesta solução é 1,0mol/dm^3 pOH = -log[OH-]
pOH = -log(1)
pOH = 0,00
pH = 14 E agora, será que o ferro oxida-se só com a água? Fazendo para pH=7, da água comum, obtém-se o valor de -0,41V para a força electromotriz. Isto significa que qualquer metal com p.n.r inferior a -0,41V pode ser oxidado pela água com este pH. Semi-equação de redução do ferro (Eo=-0.44V): Fe2+ (aq) + 2e- -> Fe(s) Tendo sido referido anteriormente que qualquer metal com p.n.r inferior a -0,41V podia ser oxidado pela água, concluí-se que o ferro, embora teoricamente se oxide, na realidade tem uma ínfima tendência a se oxidar nas condições de ausência de oxigénio, com água a um pH=7. Assim se percebe porque o ferro pode ser utilizado em canalizações de abastecimento de água; para comprovar laboratorialmente bastava guardar o ferro em água sem oxigénio que se verificaria que não se iria enferrujar. E no ar húmido? 1/2 O2 (g) + 2H2O (l) + 2e- -> 2OH- (aq) Assim tem-se a equação química que descreve a situação de quando o ferro é exposto ao ar húmido. O potencial desta reacção é,para pH da água igual a 7, de +0,82V. Assim conclui-se que o oxigénio - em solução aquosa - pode oxidar o ferro. Que tipos de corrosão existem? Corrosão Uniforme
Corrosão por Pites
Corrosão por Concentração Diferencial
Corrosão por Aeração Diferencial
Corrosão em Frestas
Corrosão Filiforme
Corrosão Galvânica
Corrosão Selectiva
Corrosão sob Tensão
Corrosão Grafítica
Corrosão por Escoamento de Fluídos
Corrosão por Erosão
Corrosão com Cavitação
Corrosão por Turbulência Corrosão Uniforme - actua em toda a superfície do metal, levando à diminuição gradual da espessura do metal Corrosão Uniforme Corrosão por Pites forma pequenas cavidades de profundidade variável; ao ocorrer no interior do metal torna-se num tipo de corrosão de difícil e complexo tratamento Corrosão Filiforme ataca camadas de revestimento do material do metal, como a pintura Corrosão Galvânica a sua intensidade depende da diferença dos valores de p.n.r dos metais em questão Na primeira modifica-se o meio para que seja o menos agressivo possível ao metal, minimizando apenas o impacto da corrosão através do uso de inibidores de corrosão. Na segunda adiciona-se elementos de liga para tornar o metal mais resistente, como pelo uso de revestimentos de protecção catódica/anódica ou, em casos mais graves, de revestimentos complexos. Em seguida procede-se à explicação destes vários métodos, que terá a seguinte estrutura: No Meio - inibidores de corrosão (orgânicos / inorgânicos)
No Metal - protecção catódica / anódica
No Metal - revestimento protector (orgânico metálico / inorgânico) No meio - inibidores de corrosão (orgânicos / inorgânicos) São substâncias orgânicas ou inorgâncias que são adicionadas em pequenas quantidades - na ordem de ppm a g/L - ao meio no qual o metal está inserido.
Os inibidores são específicos para cada sistema 'metal / meio ', isto é, um inibidor pode não servir para mais nenhum sistema além daquele ao qual foi designado. Isto é, na grande maioria das vezes os inibidores são particulares, sendo muitos poucos os inibidores que aplicam-se a mais do que 1,2,... sistemas. Isto faz com que exista uma grande diversidade de inibidores e cada vez se descubram mais. Um exemplo da específicidade deste controlador de corrosão é o seguinte: um bom inibidor de corrosão no aço pode, de facto, acelerar a corrosão do cobre num dado meio, o que não é o objectivo no que se trata a combater a corrosão. São utilizados, por exemplo, em sistemas de água para refrigeração, em caldeiras e até mesmo em compartimentos para o transporte de metais líquidos. Inibidores inorgânicos: Inibidores orgânicos: Cromatos, bicromatos, nitritos, fosfatos, silicatos benzoato, fosfato de trietanolamina, benzotriazol, álcool propargílico No metal - protecção catódica e anódica São métodos de protecção que actuam no metal ao aplicar uma fonte de energia - externa - ao ponto de modificar o potencial do metal, fazendo com que, por sua vez, o potencial ou se torne mais negativo (até atingir a zona de protecção catódica) ou mais positivo (até atingir a zona de protecção anódica).
É um tipo de protecção bastante utilizado e um dos mais importantes na indústria, especialmente nas que trabalham com transporte de gás ou combustíveis, como na distribuição de gasodutos da empresa russa Gazprom: No Metal - revestimento protector (orgânico / metálico / inorgânico) É o tipo de protecção mais utilizado contra a corrosão pela indústria e são variadíssimos, tendo que se proceder à sua classificação de acordo com a sua composição: Revestimento Inorgânico Funciona por um processo de conversão no qual na interacção da superfície do metal com o electrólico (meio de passagem dos electrões) utilizado, o revestimento é obtido pela precipitação ou deposição dos produtos que resultam dessa interacção na superfície do metal.
Contudo, a disposição do revestimento é, normalmente, poroso, sendo por isso aplicado um tratamento posterior para cobrir os poros.
Este tipo de revestimento pode ter ou não uma fonte propulsora de uma corrente eléctrica, tendo-se: Corrente Eléctrica Anodização do alumínio | Neste processo o alumínio é o ânodo de uma célula e ao se aplicar corrente eléctrica na mesma, o alumínio oxida-se, formnando uma camada de óxido de alumínio na sua superfície.

A espessura da camada final da protecção vai depender da tensão eléctrica aplicada. Sem Corrente Eléctrica Fosfatização | Neste processo obtém-se um depósito poroso de fosfatos cristalinos (zinco, ferro ou manganês) - com vista a aumentar a resistência do material à corrosão e aumentar a duração das tintas aplicadas, entre outros variadíssimos fins.
É utilizada normalmente em chapas de aço comum antes de serem pintadas, em engrenagens, parafusos, porcas. Revestimento Metálico Assenta no simples princípio de revestir e proteger o metal base do meio com um metal que seja mais resistente ao meio em questão (ou que simplesmente proteja o metal base por sacrifício).
É frequente haver não só um único metal a revestir, mas sim vários, como o revestimento por crómio+níquel+cobre para garantir uma sólida protecção.
Uma situação hipotética deste tipo de protecção seria uma peça de aço ser zincada e durante o uso da peça ocorrer uma ranhura no revestimento. O zinco neste caso vai actuar como ânodo de sacrifício, corroendo-se preferencialmente. Revestimento Orgânico São basicamente revestimentos à base de tintas e vernizes Uma sucinta descrição da Protecção Catódica É um processo pelo qual o metal, para ser protegido da corrosão, torna-se o cátodo de uma pilha electroquímica.
Consiste, portanto, em por em contacto com o ferro um metal fortemente redutor - mais oxidável que o ferro - como o magnésio ou o zinco. Estes ultimos metais vão funcionar como ânodo de uma pilha em que o ferro é o cátodo. Sabe-se que: Eo (Mg2+ -> Mg) = -2,37V
Eo (Fe2+ -> Fe) = -0,44V Concluí-se, portanto, que o magnésio oxida-se em vez do ferro nesta situação Aplicações na indústria: Sistemas de distribuição por tubos, navios, centrais petrolíferas, portos, internal CP (em tanques utilizados para o transporte de líquidos) Revestimento metálico Aluzinc - uma mistura de alumínio e zinco | Utilizado na fachada de edifícios modernos Processo de zincagem por imersão da peça metálica num recipiente com zinco fundido a 460ºC, fazendo com que o zinco adira à superfície do aço ao se formar uma camada de zinco pura. Para maior protecção nestes casos é costume aplicar-se tinta sobre a superfície zincada Processo que consiste em criar uma barreira impermeável e protectora na superfície exposta do metal através da aplicação de esmaltes, vernizes, tintas ou plásticos. Processo que consiste na remoção de electrões do ferro, formando catiões. Este processo implica combinar zinco com ferro, sendo o ânodo o zinco e cátodo o ferro - o ferro evita a entrada de água e ar, sofrendo corrosão preferencial Galvanização Zincagem Pintura O Processo de Galvanização Bibliografia Da internet: http://www.luxaflex.cl/hd/cl/e-news/yamaha/producto.html
http://corrosion-doctors.org/MetalCoatings/Introduction.htm
http://corrosionda.com/methods/protective/index.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Rust
http://en.wikipedia.org/wiki/Cathodic_protection
http://pt.wikipedia.org/wiki/Corros%C3%A3o
http://pt.wikipedia.org/wiki/Inibidor_de_corros%C3%A3o
http://www.infopedia.pt/$zincagem
http://pt.wikipedia.org/wiki/Galvanoplastia
http://pt.wikipedia.org/wiki/Liga_met%C3%A1lica#A.C3.A7o
http://www.eegas.com/fsu.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/SO2
http://profs.ccems.pt/PaulaFrota/potenciais_normais_reducao.htm
http://wiki.answers.com/Q/How_can_Rust_be_prevented_on_a_ships_hull
http://www.infopedia.pt/$pilha-de-accao-local Selecionando 4 tipos de corrosão ao acaso tem-se: De Livros: JOGO DE PARTÌCULAS - QUÍMICA 12.º ANO - DANTAS, Maria da Conceição; RAMALHO, Marta Duarte | Texto Editores, Lda | 1ª edição 4ª tiragem - 2009 ISBN: 978-972-47-3874-1-1 De Vídeos: O que é Corrosão (ID: B5LIMoXYH8Y )
How to make metal rust quickly (ID: 8TNAxJXMzU8)
Remove Rust from Metal and Panels the Easy Way: Video 1 (ID: KZCFcxf5IBw) Corrosão Uniforme Corrosão por Placas Corrosão Alveolar Corrosão por Pites
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