Qumica aplicada ao processo de corrosoindce1.cidos e Bases2Teoria de Arrhenius2Teoria de Brnsted-Lowry3Teoria de Lewis3Teoria clssica da reao cido-base3cidos3Bases4Sais42.Corroso43.Eletroqumica e as reaes de transferncia de eltrons54.Problemas de corroso9Classificao dos processos de corroso10Fatores que Potencializam a Ao Degradante da Corroso13Revestimentos14Inibidores de Corroso14Tcnicas de Modificao do Meio Corrosivo14

1. cidos e Bases

Introduo

Substancias cida ou alcalina, tornaram-se as primeiras a ser estudas, a primeira definio de cido toda substncia que continha sabor azedo e, atravs da realizao de estudos este sabor azedo que alguns cidos fracos possuem, presena de cidos carboxlicos em sua composio. Como alguns exemplos, temos:cido actico (vinagre);cido D-Ltico (Leite coalhado);cido Ctrico (suco de limo).J substancias alcalina ou bsica, tornaram-se conhecidas pelo termo lcalis. E eram utilizadas para neutralizar ao de cidos. Nisso Helmont foi um dos primeiros qumicos a produzir um cido inorgnico em laboratrio, obteve cido Sulfrico atravs do aquecimento de sulfato ferroso. E por volta de 1663, Robert Boyle, fez uma descoberta incrvel que revolucionou a Qumica Analtica, utilizao de indicadores cido-Base, atravs do experimento com uma tintura vegetal azul (litmus) transformando em vermelha.

Teoria de Arrhenius

Arrhenius, intrigado pelas poucas propriedades em que cido e bases eram classificados, props a seguinte teoria: cido ou base so substancias neutras que ao entrar em contato com gua sofrem ionizao ou dissociao, e faz com que a soluo torne-se um excelente condutor de eletricidade por causa da formao de espcies inicas. Atravs desta observao Arrhenius, descriminou as seguintes propriedades de cidos e bases; cidos, so todas as substancias que ionizam em gua pura, e forma um prton uma espcie carregada de forma positiva, conhecido como ction e, uma espcie carregada negativa, conhecida como nion, ou seja, todo cido quando se ionizar em gua deve liberar ou auto protonar, esse prton o Hidrognio (H+); bases so todas as substancias que dissocia em gua pura, e forma um on hidroxila (-OH) espcie carregada de forma negativa, conhecido como nion e, uma espcie carregada positiva, conhecida como ction, que um metal, ou seja, toda base quando se dissocia em gua deve liberar um on hidroxila em meio aquoso, essa hidroxila considera como representao de substancias alcalinas. Temos que os cidos de Arrhenius so todos aqueles, em que o tomo de hidrognio esta ligado a um elemento eletronegativo. As bases de Arrhenius so todas aquelas, em que o on hidroxila esta ligado diretamente a metais e, estes podem ser metais alcalinos, alcalinos terrosos, e grupo 13 A.

Teoria de Brnsted-Lowry

Independente das definies de Arrhenius props quando um cido reage com uma base, forma um par cido-base conjugado, e definiram que alm de um cido capaz de doar um prton e uma base uma espcie com para de eltrons livres capaz de receber um prton. O termo cido refere-se ao on hidrognio na forma de prton, proveniente de um cido forte ou fraco, que contenha um tomo de hidrognio, agindo como prton. E temos que a outra parte ser uma base se aceitar um prton.

Teoria de Lewis

Em 1923, Lewis props que os cidos e bases, tinha que possuir uma teoria abrangente, ento, de acordo com a interpretao da ligao covalente. Um cido uma espcie que aceita um par de eltrons e, uma base uma espcie que possui par de eltrons para doar ou compartilhar durante uma ligao.

Teoria clssica da reao cido-base

cidos

definido como substncia que se ioniza em presena de H2O, formando ons H+, como nicos ons positivos. Sabe-se que os ons hidrognio (prtons) no existem em solues aquosas, pois devido ao hidrognio ser instvel na forma de on, ento se recombina por interao da ligao de hidrognio a molcula de H2O, por est coordenao essa molcula possui pares de eltrons livres do tomo de oxignio e com isso temos a formao de ons hidrnio (cido conjugado da gua).

Bases

substncia, que se dissociam em presena de gua, formando uma nica espcie de on negativo denominada hidroxila (-OH). Bases tambm podem ser monobsicas ou polibsicas. Seguindo o mesmo principio dos cidos.

Sais

So produtos provenientes de reaes entre cidos e bases, denominado de reaes de neutralizao, devido formao de gua.

2. Corroso

Introduo

O objetivo fundamental da eletroqumica o estudo de sistemas capazes de entregar trabalho til eltrico a partir de reaes qumicas de oxidao-reduo (clulas galvnicas) ou de sistemas nos quais ocorrem processos de oxidao-reduo ao receberem trabalho til eltrico (clulas eletroqumicas).Os primeiros estudos eletroqumicos datam de 1786 e foram realizados por Galvani, que observou uma perna de r que se movia quando de aplicava uma descarga eltrica. Mais tarde, Volta verificou que o tecido da perna permitia a passagem de eletricidade, explicando o fenmeno. Ento em 1.796, Volta teve a maior descoberta que foi a pilha voltaica, formada de chumbo e prata imersos.Assim, em 1.800 teve-se a descoberta da eletrolise da gua, envolvendo a liberao de hidrognio e oxignio, a proposta do mecanismo de salto protnico para conduo de corrente de eletricidade em solues cidas.Finalmente, em 1835 surgiram as leis de Faraday, que continuam sendo vistas at hoje, visto que a matria tem sua estreita relao com a estrutura fundamental da matria. Num aspecto muito difundido e aceito universalmente pode-se definir corroso como deteriorao de um material, geralmente metlico, por ao qumica ou eletroqumica do meio ambiente associada ou no a esforos mecnicos.A corroso , em geral, um processo espontneo e, no fora do emprego de mecanismos protetores temos a destruio dos materiais metlicos, j que o processo de corroso so reaes qumicas e eletroqumicas que se passam na superfcie do metal. O fato de a corroso ser uma reao de superfcie faz supor que ela possa ser controlada pelas propriedades do produto da corroso.Ento, para compreender o que acontece no processo de corroso, utilizamos as reaes de transferncias de eltrons, denominadas de reaes redox, tornando-se o foco da eletroqumica.

3. Eletroqumica e as reaes de transferncia de eltrons

O termo oxidao era aplicado a processos onde o oxignio era aceito por uma substncia, e a reduo era considerada pelo processo de remoo do oxignio. A aceitao ou perda de hidrognio tambm era considerado um processo redox.Mas essa definio ficou ultrapassada e, agora o termo de oxidao ou reduo baseia-se no acumulo ou perda de eltrons.

Exemplo:A reao entre os ons de ferro III e estanho II conduz a formao de ons ferro II e estanho IV.2 Fe3+(aq) + Sn2+(aq) 2 Fe2+(aq) + Sn4+(aq)A reao acima teve transferncia, pois o ferro III foi reduzido a ferro II, e o estanho II foi oxidado a estanho IV.

Termos importantes nas reaes redox

Durante uma reao redox, os eltrons so transferidos de um reagente para outro, ou seja, uma espcie perder eltrons e a outra espcie ganhar eltrons. Considera-se que a perda de eltrons por uma espcie torna-se o processo de oxidao e, o ganho de eltrons por uma espcie torna-se o processo de reduo.

Exemplo:

Assim, temos que as reaes redox so a juno de duas semi-reaes, uma reao de oxidao e outra de reduo.

Exemplo:

Semi-reao de reduo: Ce4+(aq) + e- Ce3+(aq)Semi-reao de oxidao: Fe2+(aq) Fe3+(aq) + e-Reao global: Fe2+(aq) + Ce4+(aq) Ce3+(aq) + Fe3+(aq)

Clulas galvnicas e eletroqumicas

Clula galvnica Para estudar os equilbrios de oxidao-reduo convencionalmente medindo o a variao no potencial da clula, onde avaliado pelas as duas semi-reaes que compem o equilbrio do sistema; a variao do potencial da clula galvnica positivo tornando essa reao redox espontnea. A meia clula onde ocorre a oxidao chamada de nodo, a outra meia clula onde ocorre a reduo chamada de ctodo.A meia clula onde ocorre a oxidao, temos que o eletrodo gasto e, concentra a soluo. A outra meia clula onde ocorre a reduo, temos que esse eletrodo sofre uma deposio e, tem sua concentrao na soluo reduzida. medida que a reao redox vai acontecendo tem a migrao do eltrons do nodo para o ctodo; o nodo o eletrodo que sofre oxidao, vai se tornando mais eletropositivo devido perda de eltrons; e no ctodo, eletrodo que sofre reduo vai se tornando mais eletronegativo devido ao acmulo de eltrons; com o tempo a reao tende a cessar; isto por que temos o acumulo de cargas positivas e negativas nas duas meia clula, para que isto no ocorra utiliza-se conectar as duas meias clulas com uma ponte salina. Ponte salina contm nions e ctions que fazem o balanceamento das cargas, diminudo a intensidade das cargas positivas e negativas, conforme mostra a figura 1.Figura 1. Esquema de uma clula eletroqumica.

Representao IUPAC da clula galvnica

Oxida (Polo (-)) // Reduz (Polo (+))M(s)/Mn+(aq) // Ln+(aq)/L(s)nodo // CtodoPotenciais de Eletrodos

Quando se constri uma clula galvnica, observa-se diferena mensurvel de potencial entre os dois eletrodos. Se o fluxo da corrente for insignificante, essa diferena do potencial igual fora motriz da clula, e o valor absoluto considerado pela diferena dos potenciais individuais.f.e.m = |E1-E2|A diferena de potencial que se desenvolve entre todos os eletrodos da clula medida da tendncia da reao em prosseguir de um estado de no equilbrio para condio de equilbrio; a diferena do potencial eltrico que ser observada quando duas meia-pilhas diferentes conectada entre si, medindo o potencial padro de reduo (E).O potencial padro do eletrodo (E) uma constante fsica importante que fornece informaes quantitativas relacionadas ao desenvolvimento de uma meia clula. Este refere-se exclusivamente reao de reduo, ele mede a fora relativa da tendncia em guiar uma semi-reao. Por ser uma constante independe da concentrao molar dos reagentes e produtos. responsvel por indicar se a reao espontnea. Na tabela 1 segue anexados alguns potenciais padres do eletrodo.Tabela 1. Potencial padro do eletrodo.

Clula Eletroqumica

Nos tipos de pilhas vistos anteriormente verificou-se que a diferena entre o potencial entre os eletrodos devida somente aos potenciais diferentes desses eletrodos e originria de processo espontnea. Podem ocorrer, casos em que a diferena de potencial proveniente de uma fonte de energia externa, no sendo necessrio que os eletrodos sejam diferentes em sua natureza qumica, ou seja, processo no espontneo, onde a reao que acontece no nodo a reduo, e a reao que acontece no ctodo a oxidao, conforme mostra a figura 2.

Figura 2. Clula Eletroqumica.

Representao IUPAC da Clula Eletroqumica

Oxida (Polo (-)) // Reduz (Polo (+))M(s)/Mn+(aq) // Ln+(aq)/L(s)nodo // Ctodo

4. Problemas de corroso

Corroso

A corroso consiste na deteriorao dos materiais pela ao qumica ou eletroqumica do meio, podendo estar ou no associado a esforos mecnicos. A corroso pode incidir sobre diversos tipos de materiais, sejam metlicos como os aos ou as ligas de cobre, por exemplo, ou no metlicos, como plsticos, cermicas ou concreto. A nfase aqui descrita ser sobre a corroso dos materiais metlicos. Esta corroso denominada corroso metlica.

Os Problemas de Corroso

Selecionar material com inadequada resistncia corroso para uma determinada aplicao pode ser um oneroso. Perdas diretas e indiretas que podem resultar de um ataque corrosivo podem ser: Quebra de equipamento e prejuzos. Substituio prematura de equipamentos com reflexos no custo industrial. Necessidade de projetos superdimensionados para suportar os efeitos da corroso: exemplo aumento nas espessuras, dimetros etc. Paralisao inesperada do equipamento causando transtornos no planejamento de produo. Perda de um produto (exemplo, se uma tubulao de um sistema hidrulico desenvolve um vazamento devido a uma corroso induzida, contaminando o produto). Perda de eficincia (exemplo, produtos gerados pela corroso diminuem a velocidade de transferncia de calor em um sistema de resfriamento).

Algumas destas perdas indiretas podem custar mais que a diferena de preo entre um material que teria um desempenho satisfatrio e outro que no. Portanto importante considerar o potencial de perdas indiretas devido corroso quando for feita a seleo do material a ser aplicado. Corroso tambm constitui um significativo risco de segurana quando a falha ocorre em partes crticas de um meio de transporte.Alm dos aspectos econmicos e segurana, corroso importante do ponto de vista de conservao de recursos de materiais.

Classificao dos processos de corroso

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 deteriorao por corroso: Corroso Eletroqumica Corroso Qumica.Os processos de corroso eletroqumica so mais frequentes na natureza e se caracterizam basicamente por: Necessariamente na presena de gua no estado lquido; Temperaturas abaixo do ponto de orvalho da gua, sendo a grande maioria na temperatura ambiente; Formao de uma pilha ou clula de corroso, com a circulao de eltrons na superfcie metlica. 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 corresponde ao inverso dos processos metalrgicos.Figura 3. Ciclo dos metais.

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.Tais processos corrosivos se caracterizam basicamente por: Ausncia da gua lquida; 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.

Principais Formas de Corroso:

Corroso Uniforme Geral: Ataque corrosivo caracterizado por uma diminuio da espessura do material devido uma perda regular de metal da superfcie corroda. Atmosfrica: Corroso ou degradao do material quando exposto ao ar e seus poluentes principalmente em atmosferas midas. Ex. Estrutura metlica de ao abandonada, caixa dagua, pontes metlica, etc. Galvnica: Corroso que ocorre quando metais ou ligas com potenciais eletro-qumicos diferentes so acoplados um ao outro. Ex. corroso do parafuso de ferro na antena de TV que fabricada de alumnio. Corrente de Fuga: Corroso causada por fuga de corrente eltrica contnua devido a um aterramento eltrico mal executado. Biolgica Geral: Corroso microbiolgica refere-se a corroso e perda de metal causada por microorganismos. caracterizada por pequenas colnias dispersas. Ex. corroso da hlice de barcos quando microorganismos a ela se agregam liberando ou absorvendo oxignio. Este fenmeno particularmente observado em indstrias de conservas alimentcias. Sais Fundidos: Corroso de metais devido ao de vapores de sais fundidos. Ex. Instalaes de tratamento trmico de metais onde o aquecimento e feito atravs de sais fundidos. Metais Lquidos: Degradao corrosiva de metais em presena de certos metais lquidos como mercrio, zinco, chumbo e cdmio. Esta ao corrosiva pode provocar: dissoluo qumica metal/metal (amalgamao), fragilizao e quebra. Alta Temperatura: Corroso pela reao de metais expostos a agentes oxidantes a altas temperaturas provocando: Oxidao, Sulfetao, Carbonizao e outras formas menos comuns. Ex. metais ou ligas quando aquecidos a partir de um combustvel contaminado, por exemplo, com enxofre.

Corroso Localizada

Filiforme: Ocorre em superfcies pintadas com um delgado filme de tinta base orgnica, tipicamente 0.1mm de espessura, caracterizado pela aparncia de finos filamentos em direes semi-aleatrias de uma ou mais fontes. Fissura: Corroso que ocorre em trincas, estreitas aberturas ou espaos metal/metal ou no-metal/metal. Corroso por Pontos: Corroso extremamente localizada caracterizada por aparecimento de pequenas depresses sobre a superfcie metlica. A corroso por pontos observada sobre superfcies com pouca ou nenhuma corroso generalizada. Microbiolgica localizada: Corroso que ocorre quando organismos biolgicos so a nica causa ou fator de acelerao na corroso localizada.

Corroso Devido a Fatores Metalrgicos

Intergranular: Corroso que ocorre quando a velocidade de corroso das reas de contorno de gros (metalrgicos) de uma liga excede quela do interior do gro. Este fenmeno ocasiona a migrao de elementos em direo aos contornos de gros e o conseqente empobrecimento da matriz metalrgica. Deslocamento: Uma forma de corroso caracterizada pela remoo preferencial de um dos componentes da liga deixando para traz uma estrutura residual alterada.

Fatores que Potencializam a Ao Degradante da Corroso

Eroso: Remoo do material superficial pela ao de vrios impactos de partculas slidas ou lquidas. Frico: Atrito entre duas superfcies metlicas ou no. Cavitao: O fenmeno cavitao ocorre e, reas com altas velocidades de fluxos e rpidas mudanas de presses. Isto causa colapso de bolhas de gs ou vapor projetando foras poderosas na superfcie metlica removendo a camada de passivao e desta forma potencializando a corroso. Fadiga: o resultado de aes combinadas de tenses cclicas. Ruptura Induzida Pelo Meio Ambiente: Formas de falhas que so produzidas em materiais com tenses residuais. Trincas sob tenso: Propagao de trinca devido a uma tenso aplicada.

Mtodos que melhoram a resistncia corroso

Alguns materiais de elevado uso industrial possuem baixa resistncia a corroso na maioria dos meios. Esta resistncia pode ser melhorada, ampliada ou at mesmo obtida no seu mais elevado grau, utilizando tcnicas ou mtodos de proteo anticorrosiva.

Revestimentos

Os revestimentos constituem-se em pelculas interpostas entre o metal e o meio corrosivo, ampliando a resistncia corroso do material metlico. Esta pelcula pode dar ao material um comportamento mais nobre, como o caso das pelculas metlicas mais catdicas que o metal de base, ou proteg-lo por ao galvnica, ou ainda, se constituem numa barreira entre o metal e o meio.Os revestimentos podem ser: metlicos, no metlicos inorgnicos ou orgnicos e a sua utilizao pode ser no aumento da resistncia corroso atmosfrica, na imerso e na corroso pelo solo.

Inibidores de Corroso

O aumento da resistncia corroso pelo uso dos inibidores de corroso constitui-se em uma tcnica muito utilizada, especialmente quando o meio corrosivo lquido. Os inibidores so compostos qumicos adicionados ao meio que promovem polarizao andica ou catdica, ou so formadores de pelcula que aumentam a resistncia de contato das reas andicas e catdicas. Tcnicas de Modificao do Meio Corrosivo

Alm dos inibidores que agem atravs do meio corrosivo h outras tcnicas importantes de modificao do meio, dentre elas vale destacar a desaerao e o controle do pH. A desaerao consiste na retirada de oxignio do meio, sendo o oxignio um agente despolarizante, com a sua retirada favorece-se a polarizao catdica com a conseqente diminuio da intensidade do processo corrosivo. O controle de pH visa favorecer a passivao dos metais, que se tornam passivos com o pH ligeiramente bsico. Estes dois mtodos de aumento da resistncia a corroso so muito utilizados em sistemas de gua de refrigerao, gua de caldeira, gua de injeo em poos de petrleo, em fluidos diversos como os de perfurao de poos de petrleo e os de complementao.

Elizael de Jesus Gonalves9