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Rede So Paulo de

Cursos de Especializao para o quadro do Magistrio da SEESP

Ensino Fundamental II e Ensino Mdio

So Paulo

2011

UNESP Universidade Estadual PaulistaPr-Reitoria de Ps-GraduaoRua Quirino de Andrade, 215CEP 01049-010 So Paulo SPTel.: (11) 5627-0561www.unesp.br

Governo do Estado de So Paulo Secretaria de Estado da EducaoCoordenadoria de Estudos e Normas PedaggicasGabinete da CoordenadoraPraa da Repblica, 53CEP 01045-903 Centro So Paulo SP

tema fichasumrio

SumrioVdeo da Semana ...................................................................... 2

Eletrometalurgia ............................................................................2

5.1 - Processos Corrosivos: .........................................................................3

5.2 - Corroso Eletroqumica ou Corroso em Meio Aquoso ....................4

5.3 - Pilhas de Corroso Eletroqumica......................................................4

5.4 - Principais Tipos de Pilhas de Corrosao ..............................................6

5.4.1 - Pilha de Eletrodo Diferente. ..........................................................6

5.4.2 - Pilha de Ao Local ........................................................................6

5.4.3 - pilha ativa-passiva ...........................................................................7

5.4.4 - Pilha de Aerao Diferencial...........................................................8

5.5 - Reaes no Processo Corrosivo ..........................................................8

5.5.1 - Produtos de Corroso ......................................................................8

5.5.2 - Exemplos de Corroso ..................................................................10

Corroso do ferro .................................................................... 10

Prevenindo a corroso do ferro ................................................ 11

Bibliografia: ............................................................................ 14

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Disciplina 07 Tem

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Vdeo da Semana

EletrometalurgiaA Eletrometalurgia o processo de obteno de metais atravs de eletrlise (processo no

espontneo), sendo que a corroso pode atuar conjuntamente na modificao da superfcie destes metais. A corroso pode incidir sobre diversos tipos de materiais, sejam metlicos como os aos ou as ligas de cobre, ou no metlicos, como plsticos, cermicas ou concreto. A nfase aqui descrita ser sobre a corroso dos materiais metlicos. Esta corroso, denominada cor-roso metlica, consiste na transformao de um material metlico ou liga metlica pela sua interao qumica ou eletroqumica num determinado meio de exposio, processo que resulta na formao de produtos de corroso e na liberao de energia. Quase sempre, a corroso me-tlica (por mecanismo eletroqumico), est associada exposio do metal num meio no qual existe a presena de molculas de gua, juntamente com o gs oxignio ou ons de hidrognio, num meio condutor. A presena de ons metlicos no eletrlito um fator importante nesta corroso. No caso de os ons no eletrlito serem mais catdicos que os materiais com os quais possam ter contato, haver corroso devido a reaes de troca entre o metal e os ctions dis-solvidos, com consequente oxidao do metal da estrutura em questo.

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5.1 - Processos Corrosivos:

Dependendo do tipo de ao do meio corrosivo sobre o material, os processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes grupos, abrangendo todos os casos de deteriorao por corroso:

Corroso Qumica

Corroso Eletroqumica

Os processos de corroso qumica se caracterizam basicamente por:

ausncia da gua no estado lquido;

temperaturas, em geral, elevadas, sempre acima do ponto de orvalho da gua;

interao direta entre o metal e o meio corrosivo.

Como na corroso qumica no se necessita de gua lquida, ela tambm denominada em meio no aquoso ou corroso seca.

Os processos de corroso qumica so, por vezes, denominados corroso ou oxidao em altas temperaturas. Estes processos so menos frequentes na natureza, envolvendo operaes onde as temperaturas so elevadas.

Os processos de corroso eletroqumica so frequentes na natureza e se caracterizam por:

necessariamente na presena de gua no estado lquido;

temperaturas abaixo do ponto de orvalho da gua, sendo a grande maioria na tempera-tura ambiente;

formao de uma pilha ou clula de corroso, com a circulao de eltrons na superfcie metlica.

Em face da necessidade do eletrlito conter gua lquida, a corroso eletroqumica tambm denominada corroso em meio aquoso.

Aqui ser dada nfase na corroso eletroqumica.

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5.2 - Corroso Eletroqumica ou Corroso em Meio Aquoso

Nos processos de corroso os metais reagem com os elementos no metlicos presentes no meio, O2, S, H2S, CO2 entre outros, produzindo compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram extrados. Conclui-se, portanto, que nestes casos a corroso corres-ponde ao inverso dos processos metalrgicos, como mostrado na Figura 17.

ENERGIA

E2

E1

ENER

GIA

MET

ALU

RGIA

CORRO

SO

ENERGIA

METAL

COMPOSTO (MINRIO)

Figura 17: Ciclo dos metais. Fonte: Associao Brasileira de Corroso (ABRACO),

Corroso, http://tubos.comze.com/pages/corrosao.php acessado em 30/05/2011

Para analisar os processos de corroso sero mostrados a seguir alguns exemplos de Pilhas de Corroso Eletroqumica.

5.3 - Pilhas de Corroso EletroqumicaA pilha de corroso eletroqumica constituda de quatro elementos fundamentais:

rea andica: superfcie onde verifica-se a corroso (reaes de oxidao);

rea catdica: superfcie protegida onde no h corroso (reaes de reduo);

eletrlito: soluo condutora ou condutor inico que envolve simultaneamente as reas andicas e catdicas;

ligao eltrica entre as reas andicas e catdicas.

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Na Figura 18 tem-se esquematizada uma pilha de corroso eletroqumica.

ANODO CATODO

ELETRONS

ELETROLITO

CORRENTECONVENCIONAL

Figura 18: Pilha de Corroso Eletroqumica Fonte: Associao Brasileira de Corroso (ABRACO),


O aparecimento das pilhas de corroso consequncia de potenciais de eletrodos diferentes, em dois pontos da superfcie metlica, com a devida diferena de potencial entre eles.

Um conceito importante aplicvel s pilhas de corroso o da reao de oxidao e reduo. As reaes da corroso eletroqumica envolvem sempre reaes de oxirreduo.

Na rea andica, onde se processa a corroso, ocorrem reaes de oxidao, sendo a principal a de passagem do metal da forma reduzida para a forma inica, como mostrado na Figura 19.

M Mn+

+ ne

M

ELETRLITO

Figura 19: Reao rea Andica. Fonte: Associao Brasileira de Corroso (ABRACO),


http://tubos.comze.com/pages/corrosao.phphttp://tubos.comze.com/pages/corrosao.php

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Na rea catdica, que uma rea protegida (no ocorre corroso), as reaes so de reduo de ons do meio corrosivo, onde as principais reaes so:

- em meios aerados - caso normal de gua do mar e naturais:

H2O + 1/2 O2 + 2e- 2 OH-

- em meios desaerados - caso comum em guas doces industriais:

2 H2O + 2 e-H2 + 2 OH

-

Sero discutidas a seguir as principais causas de aparecimento de pilhas de corroso com as respectivas denominaes das pilhas formadas.

5.4 - Principais Tipos de Pilhas de Corrosao

5.4.1 - Pilha de Eletrodo Diferente.

Como j vimos, esta pilha tambm denominada de pilha galvnica e surge sempre que dois metais ou ligas metlicas diferentes so colocados em contato eltrico na presena de um eletrlito. A diferena de potencial da pilha ser to mais acentuada quanto mais distantes estiverem os materiais na Tabela de potenciais no eletrlito considerado;

5.4.2 - Pilha de Ao Local

Esta pilha provavelmente a mais frequente na natureza, ela aparece em um mesmo metal devido a heterogeneidades diversas, decorrentes de composio qumica, textura do material, tenses internas, dentre outras. As causas determinantes da pilha de ao local so:

incluses, segregaes, bolhas, trincas;

estados diferentes de tenses e deformaes;

acabamento superficial da superfcie;

diferena no tamanho e contornos de gro;

tratamentos trmicos diferentes;

materiais de diferentes pocas de fabricao;

gradiente de temperatura.

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A Figura 20 mostra de forma esquemtica a pilha de ao local.

Figura 20: Pilha de Ao LocalFonte: Associao Brasileira de Corroso (ABRACO),


5.4.3 - pilha ativa-passivaEsta ocorre nos materiais formadores de pelcula protetora, como por exemplo: o cromo, o alu-

mnio, os aos inoxidveis, titnio, dentre outros. A pelcula protetora se constitui numa fina cama-da do produto de corroso que passiva a superfcie metlica. Se a pelcula for danificada em algum ponto por ao mecnica e, principalmente pela ao de ons halogenetos (especialmente cloreto), ser formada uma rea ativa (andica) na presena de uma grande rea passiva (catdica) com o consequente aparecimento de uma forte pilha, que proporciona corroso localizada (Figura 21).

MATERIAL PASSIVVEL

REAS ATIVAS (QUEBRA DA PASSIVIDADE) - ANDICAS

REAS PASSIVADAS - CATDICAS

ELETROLITO

Figura 21 - Pilha Ativa-PassivaFonte: Associao Brasileira de Corroso (ABRACO),


http://tubos.comze.com/pages/corrosao.phphttp://tubos.comze.com/pages/corrosao.php

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5.4.4 - Pilha de Aerao Diferencial

Esta pilha formada por concentraes diferentes do teor de oxignio. Esta pilha tambm ocorre com frequncia em frestas. Apenas as reas andicas e catdicas so invertidas em rela-o quela. Assim, o interior da fresta, devido a maior dificuldade de renovao do eletrlito, tende a ser menos concentrado em oxignio (menos aerado), logo, rea andica (Figura 22). Por sua vez, a parte externa da fresta, onde o eletrlito renovado com facilidade, tende a ser mais concentrada em oxignio (mais aerada), logo, rea catdica. O desgaste se processar no interior da fresta.

Figura 22: Pilha de Concentrao Diferencial de Oxignio Fonte: Associao Brasileira de Corroso (ABRACO),


5.5 - Reaes no Processo Corrosivo

5.5.1 - Produtos de Corroso

As reaes que ocorrem nos processos de corroso eletroqumica so reaes de oxidao e re-duo.

As reaes na rea andica (anodo da pilha de corroso) so reaes de oxidao.

A reao mais importante e responsvel pelo desgaste do material a de passagem do metal da forma reduzida para a inica (combinada).

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Andica-oxidao

M Mn+ + ne- (responsvel pelo desgaste do metal)

Catdica - reduo

As reaes na rea catdica (ctodo da pilha de corroso) so reaes de reduo.

As reaes de reduo so realizadas com ons do meio corrosivo ou, eventualmente, com ons metlicos da soluo.

a. 2 H+ + 2e- H2 - meios neutros ou cidos desaerados

b. 4 H+ + O2 + 4e- H2O meios cidos aerados;

c. 2 H2O + O2 + 4e- 4OH- meios neutros ou bsicos aerados;

d. M3+ + e- M2+ presena em soluo de ons em estado mais oxidado;

e. Mn+ + ne- M reduo de ons de metal mais nobre.

As reaes catdicas mais comuns nos processos corrosivos so a, b e c as reaes d e e so menos frequentes, a ltima aparece apenas em processos de reduo qumica ou eletroltica.

Produtos da corroso - formao de compostos insolveis entre o on do metal e o on hi-droxila.

Ex. hidrxido do metal corrodo, ou xido hidrato do metal.

Quando o meio corrosivo contiver outros ons poder haver a formao de outros compo-nentes insolveis e o produto da corroso pode ser constitudo de sulfetos, sulfatos, cloretos, dentre outras.

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5.5.2 - Exemplos de Corroso

Corroso do ferro

O exemplo mais conhecido do processo de corroso o do ferro.

Uma vez que Eored(Fe2+) < Eored(O2), o ferro pode ser oxidado pelo oxignio.

Catodo: O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l)

Anodo: Fe(s) Fe2+

(aq) + 2e-

O oxignio dissolvido em gua normalmente provoca a oxidao de ferro. A oxidao ocor-re no local com a maior concentrao de O2. O Fe

2+ inicialmente formado pode ser ainda mais oxidado a Fe3+, que forma a ferrugem, Fe2O3. xH2O(s). O processo de corroso do ferro mostrado na Figura 23.

Depsito de ferrugem(Fe2O3 . xH2O)

CtodoO2 + 4H+ + 4e- 220O2 + 2H2O + 4e- 4-

FeFe2++2e-

Ferro

Anodo

Gotade gua

Ar

Fe2+ (aq)O2e-

Figura 23 - Processo de corroso do ferro (BROWN; LEMAY; BURSTEIN, 2005)

Essa forte tendncia que o ferro apresenta em ser corrodo explica a tendncia de o ao ser substitudo por outras ligas menos sujeitas a estes processos em algumas aplicaes. Alguns metais, tais como alumnio, zinco e chumbo, sofrem somente corroso superficial. Essa camada impede que o processo de corroso avance para o interior do material. No caso do ferro, a baixa aderncia dos produtos da corroso e sua solubilidade em gua fazem com que a corroso deste metal seja bastante pronunciada.

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Prevenindo a corroso do ferro

A proteo de um metal contra a corroso pode ser feita atravs de recobrimentos que im-peam o acesso a umidade ao mesmo. As pinturas podem ser usadas com esta finalidade, no entanto, arranhes na mesma podem facilitar o processo de corroso.

A corroso pode ser impedida atravs do revestimento do ferro com tinta ou um outro metal.

O ferro galvanizado revestido com uma fina camada de zinco.

O zinco protege o ferro, uma vez que o Zn o anodo e Fe o catodo:

Zn2+(aq) +2e- Zn(s), Eo red = -0,76 V

Fe2+(aq) + 2e- Fe(s), Eo red = -0,44 V

A Figura 24 mostra o processo de galvanizao do Ferro recoberto por uma fina pelcula de Zinco.

Zinco.

Ferro(Ctodo)

Zinco(Anodo)

O2 + 4H+ + 4e- 220ZnZn

2+ + 2e-

e-

Gotade gua

Zn2+ (aq)O2

Figura 24 - Galvanizao do Ferro (BROWN; LEMAY; BURSTEIN, 2005)

O zinco protege o ferro do contato com gua e oxignio e atua como redutor na pilha for-mada por ele e o ferro, no caso da cobertura ser riscada. O Fe exposto ao ar, se transforma em Fe2+, que imediatamente reduzido pelo zinco contido no recobrimento.

Com os potenciais padro de reduo acima, o Zn mais facilmente oxidvel do que o Fe.

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Quanto mais negativo o potencial, mais andica ser a sua condio, ou seja, mais sujeito cor-roso. A Tabela 3 mostra a srie eletroqumica de alguns metais com seus respectivos potenciais.

METAL Eo (V) METAL Eo (V)

Magnsio comercial puro -1,75 Ao acalmado (enferrujado) -0,4 a -0,55

Liga de magnsio (6% Al, 3% Zn, 0,15% Mn)

-1,60 Ao fundido (no grafitado) -0,50

Zinco -1,10 Chumbo -0,50

Liga de Alumnio (5% Zn) -1,05 Ao acalmado em concreto -0,20

Alumnio comercial puro -0,80 Cobre, Lato e Bronze -0,20

Ao acalmado (limpo e brilhante) -0,5 a -0,8 Camada moda sobre ao -0,20

Tabela 3 - Srie Eletroqumica.Fonte: ABRACO Associao Brasileira de Corroso

http://www.abraco.org.br/site/artigo_view/corros2 Acessado em 30/05/2011

Para lembrar:

Quanto > Ereduo, > tendncia a ser reduzido (ganhar eltrons)

Quanto < Ereduo, > tendncia a ser oxidado (perder eltrons)

Uma outra forma de proteo contra a corroso a que utilizada nas latas de conservas que encontramos nos supermercados. Um revestimento de estanho tem por objetivo proteger o ferro da lata. A camada de estanho impede o contato do ferro com as substncias que podem gerar a corroso do mesmo. Deve-se evitar a compra de latas amassadas, pois a proteo de estanho pode ter sido danificada e, neste caso, o ferro forma uma pilha com o estanho do reco-brimento. Como o estanho apresenta potencial de reduo mais alto que o do ferro, ele atuar como semi-reao de reduo e o ferro como oxidao:

Sn2+ + 2e- => Sn Ered = -0,14 V

Feo => Fe2+ + 2e- Eoxid = +0,44 V

O material contido na lata seria contaminado com ons Fe2+.

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Uma outra forma de proteger o ferro da corroso mant-lo em contato com um metal que seja mais propenso corroso que ele (metal com potencial de reduo menor que o do ferro). Normalmente se utiliza o metal magnsio para esta finalidade, devido ao seu baixo potencial de reduo. Este metal conhecido como metal de sacrifcio. Enquanto existir este metal em contato com o ferro, este ser protegido do processo de corroso. A proteo cessa quando o metal de sacrifcio se dissolve totalmente. Este tipo de proteo muito utilizado em encana-mento subterrneo. O tubo de gua transformado no catodo e um metal ativo usado como o anodo. Frequentemente, o Mg usado como o anodo de sacrifcio:

Mg2+ + 2e- => Mg Ered = -2,37 V

Fe2+ + 2e- => Fe Ered = -0,44 V

A Figura 25 mostra o esquema da tubulao usando um metal de sacrifcio.

Nvel do terreno

Eletrlitodo solo Cano de gua,

o catodo

Fio de cobreisolado

Conexosoldada

Anodo de magnsio

Figura 25 - Esquema da proteo sacrificial de tubulaes (BROWN; LEMAY; BURSTEIN, 2005)

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Bibliografia: ATKINS, P. W. Fsico-qumica. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 3 v.

ATKINS, P.; JONES, L. Princpios de qumica: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Traduo de Ignez Caracelli, et al. Porto Alegre: Bookman, 2001.

BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEIN, B. E. Qumica: a cincia central. 9. ed. Toronto, CA: Pearson/Prentice Hall, 2005

CARVALHO, L. C.; LUPETTI, K. O.; FATIBELLO-FILHO, O. Um estudo sobre a oxidao enzimtica e a preveno do escurecimento de frutas no ensino mdio. Qumica Nova na Escola, So Paulo, n. 22, p. 48-50, nov. 2005. Disponvel em: . Acesso em: 11 maio 2011.

CASTELLAN, G. Fundamentos de fsico-qumica. Rio de Janeiro: LTC, 1989.

FRANCISCO-JUNIOR, W. E.; DOCHI, R. S. Um experimento simples envolvendo oxido--reduo e diferena de presso com materiais do dia-a-dia. Qumica Nova na Escola, So Paulo, n. 23, p. 49-51, mai. 2006. Disponvel em: . Acesso em: 11 maio 2011.

HIOKA, N.; SANTIN-FILHO, O.; MENEZES, A. J.; YONEHARA, F. S.; BERGAMASKI, K.; PEREIRA, R. V. Pilhas de Cu/Mg construidas com material de fcil obteno. Qumica Nova na Escola, So Paulo, n. 11, p. 40-44, mai. 2000. Disponvel em: . Acesso em: 11 maio 2011.

MENDONA, R. J.; CAMPOS, A. F.; JOFILI, Z. M. S. O conceituo de oxidao-reduo nos livros didticos de qumica orgnica do ensino mdio. Qumica Nova na Escola, So Paulo, n.20, p. 45-48, nov. 2004. Disponvel em: . Acesso em: 11 maio 2011.

PIRES, A. M., LANFREDI, S., PALMIERI, M. C. Energia eltrica e reaes qumicas. Rede So Paulo de Formao Docente, So Paulo, mdulo 4, disciplina 7, 2011.

WARTHA, E. J., REIS, M. S., SILVEIRA, M. P., GUZZI FILHO, N. J.; JESUS, R. M. A ma-resia no ensino de qumica. Qumica Nova na Escola, So Paulo, n. 26, p. 17-20, nov. 2007. Dispon-vel em: . Acesso em: 11 maio 2011.

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Ficha da Disciplina:

Energia Eltrica e Reaes Qumicas

Mauricio Cesar Palmieri

Ana Maria Pires

Silvania Lanfredi

http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?metodo=apresentar&id=K4797289E7http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?metodo=apresentar&id=K4797289E7http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?metodo=apresentar&id=K4728715E1http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?metodo=apresentar&id=K4721813D0

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tema fichasumrio

Estrutura da DisciplinaSemana Temas

13/jun a 19/jun1. Reaes de Oxirreduo

(REDOX)

20/jun a 26/jun2. Clulas Galvnicas

(Pilhas e Baterias)

27/jun a 3/jul3. Espontaneidade de Reaes

REDOX

4/jul a 10/jul 4. Eletrlise

11/jul a 17/jul 5. Eletrometalurgia

Pr-Reitora de Ps-graduaoMarilza Vieira Cunha Rudge

Equipe CoordenadoraAna Maria Martins da Costa Santos

Coordenadora Pedaggica

Cludio Jos de Frana e SilvaRogrio Luiz Buccelli

Coordenadores dos CursosArte: Rejane Galvo Coutinho (IA/Unesp)

Filosofia: Lcio Loureno Prado (FFC/Marlia)Geografia: Raul Borges Guimares (FCT/Presidente Prudente)

Antnio Cezar Leal (FCT/Presidente Prudente) - sub-coordenador Ingls: Mariangela Braga Norte (FFC/Marlia)

Qumica: Olga Maria Mascarenhas de Faria Oliveira (IQ Araraquara)

Equipe Tcnica - Sistema de Controle AcadmicoAri Araldo Xavier de Camargo

Valentim Aparecido ParisRosemar Rosa de Carvalho Brena

Secretaria/AdministraoMrcio Antnio Teixeira de Carvalho

NEaD Ncleo de Educao a Distncia(equipe Redefor)

Klaus Schlnzen Junior Coordenador Geral

Tecnologia e InfraestruturaPierre Archag Iskenderian

Coordenador de Grupo

Andr Lus Rodrigues FerreiraGuilherme de Andrade Lemeszenski

Marcos Roberto GreinerPedro Cssio Bissetti

Rodolfo Mac Kay Martinez Parente

Produo, veiculao e Gesto de materialElisandra Andr Maranhe

Joo Castro Barbosa de SouzaLia Tiemi Hiratomi

Liliam Lungarezi de OliveiraMarcos Leonel de Souza

Pamela GouveiaRafael Canoletti

Valter Rodrigues da Silva

Marcador 1Vdeo da SemanaEletrometalurgia5.1 - Processos Corrosivos:5.2 - Corroso Eletroqumica ou Corroso em Meio Aquoso5.3 - Pilhas de Corroso Eletroqumica5.4 - Principais Tipos de Pilhas de Corrosao5.4.1 - Pilha de Eletrodo Diferente. 5.4.2 - Pilha de Ao Local5.4.3 - pilha ativa-passiva5.4.4 - Pilha de Aerao Diferencial5.5 - Reaes no Processo Corrosivo5.5.1 - Produtos de Corroso5.5.2 - Exemplos de Corroso

Corroso do ferroPrevenindo a corroso do ferroBibliografia:

Boto 2: Boto 3: Boto 6: Boto 7: Boto 38: Pgina 3: Off

Boto 39: Pgina 3: Off

Boto 40: Pgina 4: OffPgina 5: Pgina 6: Pgina 7: Pgina 8: Pgina 9: Pgina 10: Pgina 11: Pgina 12: Pgina 13: Pgina 14: Pgina 15: Pgina 16:

Boto 41: Pgina 4: OffPgina 5: Pgina 6: Pgina 7: Pgina 8: Pgina 9: Pgina 10: Pgina 11: Pgina 12: Pgina 13: Pgina 14: Pgina 15: Pgina 16:

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Boto 66: Pgina 17: OffPgina 18:

Boto 4:

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