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Metais e corrosão Ciências da Arte e do Património Química e Física dos Materiais II (Materiais Inorgânicos) Olinda Monteiro([email protected] ) 1 Olinda Monteiro ([email protected] ) Departamento de Química e Bioquímica Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Aula 5

Aula 5 - Moodle-Arquivo · condutores de eletricidade (fios e cabos), e em ligas metálicas como latão e bronze Cobre : material durável, resistente à corrosão, maleável, dúctil,

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Metais e corrosão

Ciências da Arte e do Património

Química e Física dos Materiais II

(Materiais Inorgânicos)

Olinda Monteiro([email protected])

1

Olinda Monteiro ([email protected])

Departamento de Química e Bioquímica

Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

Aula 5

Ciências da Arte e do Património - Química e Física dos Materiais II (2012/2013)

� Cerca de 80% dos elementos da Tabela Periódica são metais;

� Colunas 3 a 12 – metais de transição: apresentam vários estados de

oxidação podendo originar diferentes iões e consequentemente

compostos de diversas colorações;

Reatividade dos metais

compostos de diversas colorações;

� Metais mais reativos: vão do Ti ao Zn (colunas 4 a 12), o Al, Pb, Tl,

Sn, Fe, Cu, Cr, Co, Ni, Mo entre outros;

� Metais pouco reativos: Rh, Ru, Pt, Ir, Au, etc - metais nobres

Ciências da Arte e do Património - Química e Física dos Materiais II (2012/2013)

METAIS

Metais ferrosos: ferro e suas ligas: aços de grande resitência (aços carbono, aço de

manganês, aço de vanádio, aço niobio, aço inox, etc).

Metais não-ferrosos: o cobre e as suas ligas (latão e bronze), o aluminio e suas

ligas, o zinco, o ouro, a platina, a prata, o irídio, etc.

Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, comAço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com

percentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%.

� Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mas

com teor de carbono entre 2,11% e 6,67%.

� O carbono é um material muito usado nas ligas de ferro, porém varia com o uso de

outros elementos como: magnésio, crómio, vanádio e tungstênio

Ciências da Arte e do Património - Química e Física dos Materiais II (2012/2013)

Ferro forjado é ferro comercialmente puro, o qual possui uma pequena quantidade de carbono

(não mais de 0,15%), mas que geralmente possui escórias.

�É resistente, maleável, dúctil e facilmente soldável.

�O ferro forjado é ferro comercial (aço corrente) que é basicamente uma liga ferro-carbônica com

baixo teor em carbono e sem elementos de liga.

�Muitas obras de arte, por exemplo peças de mobiliário, prateleiras, mesas, bancos, cadeiras,

utilizam o ferro forjado como matéria prima.

�Na Penisula Ibérica pode encontra-se muito património

arquitétonico em ferro forjado, de peças de mobiliário arquitétonico em ferro forjado, de peças de mobiliário

a estruturas integrantes de edifícios (portas, janelas, púlpitos,

escadarias, claustros de palácios aristocráticos, igrejas, catedrais, etc.)

que vão do estilo romântico, ao neoclássico passando pelo gótico, rocócó e renascentista.

Ferro antigo: material de que são feitos muitos achados arqueológicos:

espólio de naufrágios, moedas, objetos de adorno, armas, utensílios de

agricultura e de cozinha, etc.

Ciências da Arte e do Património - Química e Física dos Materiais II (2012/2013)

Aços inoxidáveis

� ligas de ferro (Fe) e crómio (Cr), além de outros elementos presentes em

pequena percentagem (Ni, Mo);

�apresentam elevada resistência à rutura, tração e oxidação, são duros e muito

resistentes ao desgaste podendo ser submetidos a tratamentos térmicos.

�o crómio, conferem uma excelente resistência à corrosão quando comparados

com os aços de carbono (aços oxidáveis).com os aços de carbono (aços oxidáveis).

o crómio presente na liga oxida-se em contacto com o oxigénio do ar, formando

uma película, muito fina e estável, de óxido de crómio - Cr2O3 - que se forma na

superfície. Ela é denominada camada passiva e tem como função proteger a

superfície do aço contra processos corrosivos.

� Para que isto aconteça é necessária uma quantidade mínima de crómio de cerca

de 11% em massa na liga.

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Alumínio (Al)

� Alumínio: metal leve, macio e resistente, cor cinza prateado.

� Grande durabilidade e excelente resistência à corrosão devido à fina camada

óxidos que se forma quando exposto ao ar (aspeto fosco).

� O metal é muito maleável e dúctil ⇒ fácil fundição e bom condutor de calor.

� Ligas de Al: a adição de cobre (Cu) e magnésio (Mg) ao alumínio (Al) contribui para

aumentar a resistência mecânica mas por outro lado diminui a resistência à corrosão.

� É aplicado em arquitetura em coberturas, janelas, portas, escadarias, estátuas, etc

Pepita de alumínio

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Cobre (Cu) - do latim cuprum

� Cobre – primeiro metal usado pelo homem. Conhecido desde a pré-história

13.000 a.c., o cobre é utilizado atualmente, para a produção de materiais

condutores de eletricidade (fios e cabos), e em ligas metálicas como latão e bronze

� Cobre: material durável, resistente à corrosão, maleável, dúctil, bom condutor

elétrico e térmico.

� Ligas de cobre importantes são latões (zinco), bronzes (estanho), cupro-� Ligas de cobre importantes são latões (zinco), bronzes (estanho), cupro-

alumínios (alumínio), cupro-níqueis (níquel), cupro-silícios (silício) e alpacas

(níquel-zinco).

� Aplicações em arquitetura: cobertura de edifícios e outras obras. A Alemanha é

o maior utilizador de cobre em coberturas.

Pepita de cobre

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Latão: liga de cobre (Cu) e zinco (Zn), sendo o cobre o elemento maioritário, e

o zinco pode variar entre 3 a 45%, dependendo do tipo de latão.

Quando polido e dependendo da sua composição, o latão tem coloração

idêntica à de certas ligas de ouro-prata.

O latão aplica-se na produção de peças fundidas, roscas, peças de bombas

Latão (Cu - Zn)

O latão aplica-se na produção de peças fundidas, roscas, peças de bombas

(para resistirem a corrosão salina) peças de navios, obras de arte, arquitetura,

etc

Peça em latão Peça em latão, amostra de zinco e de cobre

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Bronze: ligas de cobre e estanho com percentagens variáveis de outros elementos,

como por exemplo: zinco (Zn), alumínio (Al), antimónio (Sb) e fósforo (P).

� A adição de arsénio (As) ou de estanho (Sn) resulta num aumento da dureza da liga.

� O bonze polido presenta cor amarelo ouro, é resistente à corrosão atmosférica e é

facilmente fundível; capacidade de acabamento excelente devido ao fácil polimento.

Bronze (Cu - Sn) - do persa biring, cobre

Ponto de fusão varia entre os 900 – 925 e os 985 – 1000 ºC.

� É aplicado desde a Antiguidade em obras de arte (estatuária, objetos de adorno,

numismática, coberturas de palácios e igrejas).

Moedas antigas de bronze Pepita de bronze

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Prata (Ag) - do latim vulgar platta, argentum

� Metal de cor branca – prata brilhante, brilho metálico.

� Por exposição ao ar - formação de óxido de prata (Ag2O)

que escurece a superfície;

�A prata e as suas ligas são materiais utilizados desde a

Antiguidade no fabrico de objetos de arte que constituem o património

cultural (Arte Sacra, objetos de adorno, baixéis de prata, medalhas,

Moedas antigas de prata

bustos, imagens, numismática e joalharia).

Curiosidade: Prata 950 quer dizer: 95% da joia é de prata legítima; os outros5% são de outros metais, normalmente cobre.Este conceito foi criado por Dom Afonso II para punir severamente quemalterasse a mistura.Prata de lei

A prata de lei tem esse nome graças a uma lei portuguesa, do século XV, queestabelecia que a prata deveria ter pelo menos 80% de pureza, a fim deprevenir mistura de outros metais na liga, diminuindo o valor.

Pepita de prata

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Ouro (Au) - do latim aurum, "brilhante"

� Metal brilhante, amarelo, pesado, maleável, dúctil, que não reage com a

maioria dos produtos químicos, mas é sensível ao cloro;

� Conhecido desde a Antiguidade, foi um dos primeiros metais a ser trabalhado

pelo Homem, metal precioso, padrão para muitas moedas;

� Símbolo de pureza, valor, realeza e ostentação. É aplicado em numismática,

estatuária, jóias e objetos de adorno, altares de igrejas e catedrais, etc.

Moedas antigas de ouro

Pepita de ouro

Cristal de ouro sintetizado

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Corrosão: alteração de um material por ocorrência de

processo eletroquímico envolvendo reações redox

Muitos metais e ligas metálicas sofrem corrosão;

A corrosão ativa pode ser seguida ou não de formação de películas protetoras de óxidos, hidróxidos ou sais.

Reações de oxidação: origem dos processos de corrosão ativa;Reações de oxidação: origem dos processos de corrosão ativa;

Reações de precipitação: entre catiões Mn+, e aniões do meio

(CO32-, SO4

2-, Cl-, etc) e/ou aniões resultantes de processos de

redução como o anião OH-→ formação de películas

protetoras

No caso do cobre e/ou suas ligas formam-se as PATINAS

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Patinas em objetos de cobre e bronze

Placas de cobre (Cu) enterradas durante 3 meses em solo com diferentes percentagens de cloretos (Cl-)

Coleção de moedas de um achado arqueológico

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Constituintes das patinas:

� broncatite - Cu4SO4(OH)6 - verde escuro

� atacamite - Cu2Cl(OH)3 - verde claro

� tenorite - CuO - cinzento

� calcocite - Cu2S - preto

� antlerite - Cu SO (OH) - verde� antlerite - Cu3SO4(OH)4 - verde

� tolbacite - CuCl2 - laranja

� etc

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Exemplo: corrosão de uma barra de ferro metálico

Reação de oxidação: Reação de redução:Reação de oxidação:

Fe(s) →→→→ Fe2+ +2e-

Reação de redução:

H2O + ½ O2 + 2e-→ 2 OH-

Ciências da Arte e do Património - Química e Física dos Materiais II (2012/2013)

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