FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI ROBERTO MANGE

CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA INDUSTRIAL

CORROSÃO EM PEÇAS DE FERRO

Amanda Teixeira

Brianda Mendes

Késia Moreira

Maxwell Batista

Ravane Duarte

Anápolis

2012

Amanda Teixeira

Brianda Mendes

Késia Moreira

Maxwell Batista

Ravane Duarte

CORROSÃO EM PEÇAS DE FERRO

Trabalho apresentado à disciplina de Corrosão do Curso de Técnico em Química Industrial da Faculdade de Tecnologia SENAI Roberto Mange.

Prof. (a): Waléria Nunes

Anápolis

2012

I - INTRODUÇÃO

Corrosão é um conceito químico conhecido e usualmente empregado no cotidiano. De um modo geral a corrosão é um processo resultante da ação do meio sobre um determinado material, causando sua deterioração. Apesar de ser comumente associado aos metais, este é um fenômeno muito mais amplo e também ocorre com materiais não metálicos, como concreto, polímeros orgânicos entre outros.

Sem que perceba, processos corrosivos estão presentes direta ou indiretamente no nosso cotidiano, pois podem ocorrer em grades, automóveis, eletrodomésticos e instalações industriais.Do ponto de vista econômico, os prejuízos causados atingem custos extremamente altos, resultando em consideráveis desperdícios de investimentos.

Cientificamente, o termo corrosão tem sido empregado para designar o processo de destruição total , parcial,superficial ou estrutural dos materiais por um ataque eletroquímico, químico ou eletrolítico.

Corrosão eletroquímica: é mais freqüente na natureza e se caracteriza por realizar-se necessariamente na presença de água, na maioria das vezes a temperatura ambiente e com a formação de uma pilha de corrosão. Corrosão química : decorre do ataque de um agente químico diretamente sobre o material, sem transferência de elétrons de uma área para outra. Corrosão eletrolítica: se caracteriza por ser um processo eletroquímico, que se dá com a aplicação de corrente elétrica externa, ou seja, trata-se de uma corrosão não espontânea.

Para seu estudo, os processos de corrosão podem ser classificados segundo o MEIO em que ocorrem e segundo sua MORFOLOGIA. A seguir são apresentadas as classificações e suas definições.

a) Corrosão Uniform e :É a forma menos agressiva de corrosão. O ataque, neste caso, se estende de forma homogênea sobre toda a superfície metálica, e sua penetração média é igual em todos os pontos.

b) Corrosão em Placas :Abrange os casos intermediários entre a corrosão uniforme e a corrosão localizada. Ocorre em algumas regiões da superfície.

c) Corrosão Alveolar :A corrosão alveolar se processa na superfície metálica produzindo sulcos ou escavações semelhantes a alvéolos, apresentando fundo arredondado e profundidade geralmente menor que seu diâmetro.

d) Corrosão Puntiforme (pite): Este tipo de ataque, assim como a intergranular é uma das formas mais perigosas em que a corrosão pode-se apresentar. Neste caso a quantidade de material afetado

não guarda relação com a magnitude dos incovenientes. Durante a corrosão puntiforme, ou pite, o ataque se localiza em um ponto isolado da superfície metálica e se propaga até o interior do metal, muitas vezes transpassando.

e) Corrosão em Frestas : Este tipo de corrosão é uma variação da corrosão puntiforme e se apresenta em uniões ou zonas em que a renovação do meio corrosivo só pode ser obtida por difusão (movimento de íons causado por um gradiente de concentração).

Os prejuízos causados pela corrosão dos metais constituem uma notável evasão de recursos para a indústria. O aumento dos custos decorre, não só da necessidade de substituir peças danificadas, mas também dos danos causados por contaminação, paradas desnecessárias e perda de rendimento. Além disso, existem os fatores psicológicos decorrentes da suspeita de insegurança em equipamentos, que minam a produtividade do pessoal.Tais problemas, podem ser minimizados,usando-se técnicas de revestimento superficial protetor, que aumentam a vida útil dos equipamentos.

A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na libertação de energia.Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está associada à exposição do metal num meio no qual existe a presença de moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor.

II - OBJETIVO

Estudar os casos freqüentes de corrosão,que é a corrosão úmida ou eletroquímica do ferro.

III - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1º Experimento: verificação das áreas anódina e catódica

Colocar numa placa de ferro limpa (decapada com HCl, lavada com água da torneira e seca) 2 gotas de solução de NaCl contendo ferricianeto de potássio e fenolftaleína (indicador ferroxílico). Após alguns minutos, podem-se observar duas regiões distintas, uma região central azulada (ânodo) e uma região externa avermelhada (cátodo).

2º Experimento: corrosão do ferro na atmosfera

Colocar um pedaço de esponja no fundo de uma proveta e encher com água, fazendo com que a mesma entre na malha da esponja de aço. Emborcar a proveta em um béquer contendo água e deixar o ar penetrar cerca de 10 cm. Marcar o nível da água na proveta datando-o. Após uma semana observe novamente o sistema.

3º Experimento: corrosão úmida do ferro

Para comparação da influencia da natureza no meio, são escolhidos diferentes reagentes em diferentes concentrações.

Pegar 6 pregos limpos e mergulhar nas seguintes soluções contidas em 6 tubos de ensaio:

1º Tubo: água de torneira

2º Tubo: HCl 3M/L

3º Tubo: HCl concentrado

4º Tubo: HNO3 1:5

5º Tubo: NaCl 5%

6º Tubo: somente o prego

Após uma semana verificar os resultados. Para cada experimento descrever a alteração da solução do prego, explicando o que ocorreu. Retirar os pregos lavar e verificar se ocorreu a corrosão.

4º Experimento: corrosão na linha d’água

Mergulhar parcialmente um prego nas seguintes soluções contidas no tubo de ensaio:

1º Tubo: água de torneira

2º Tubo: NaCl 5%

Tampar os dois tubos de ensaio. Após uma semana, observar a corrosão nas partes superior e inferior da linha d’água. Explicar o que aconteceu.

5º Experimento: corrosão / Gel Agar

Preparar gel Agar da seguinte forma: aquecer até a ebulição 100 ml de água destilada. Adicionar cerca de 1,5g de Agar e aquecer até que este se disperse. Em seguida adicionar 1g de NaCl, agitar até a solubilização deste sal. Passar a dispersão de Agar ainda quente, para uma placa de Petri, até atingir a metade da altura da placa. Deixar resfriar e, quando esta dispersão da placa estiver gelificada, colocar sobre a mesma, dois pregos ligados por um fio de cobre, afastados cerca de 4 cm.

Em seguida, cobrir esses metais com nova camada de gel Agar, ainda aquecido. Após gelificarão tampar a placa de Petri e observar, após cerca de 2 dias, a formação de um resíduo castanho alaranjado na região intermediaria entre o anodo de ferro e o catodo de cobre: este resíduo é constituído de Fe (OH)3, proveniente da difusão dos íons Fe²+ e o OH- formados, respectivamente, nas áreas anódica e catódica que, em meio aerado, reagem formando o Fe (OH)3. Evidentemente, com o passar dos dias a formação do resíduo se torna mais intensa.

6º Experimento: corrosão / gel Agar

Preparar gel Agar da seguinte forma: aquecer até a ebulição 100 ml de água destilada. Adicionar cerca de 1,5g de Agar e aquecer até que este se disperse. Adicionar 1g de cloreto de sódio e 0,15g de ferricianeto de potássio, agitando para solubilizar. Adicionar 1 ml de solução a 1% de fenolftaleína e passar a dispersão, ainda quente, para uma placa de Petri, ocupando metade de sua altura. Deixar resfriar e quando a dispersão estiver gelificada adicionar um prego de ferro, limpo, e recobri-lo com mais dispersão. Após algum tempo, observar, muito frequentemente, que nas áreas deformadas (ponta e cabeça do prego) aparece coloração azul, e no restante do prego coloração vermelha. Tem-se, portanto, áreas anodicas nas regiões deformadas, isto é, ponta e cabeça. A localização das diferentes áreas e mais nítida após cerca de 48 horas, acentuando-se com o tempo. A vantagem do emprego do meio corrosivo sob a forma de gel e devida à difusão mais lenta permitir uma melhor separação entre as áreas, possibilitando melhor visualização e tornando a experiência capaz de ser transportada a outro local sem nenhuma dificuldade. Pode aparecer área anódica intermediaria em razão da heterogeneidade presente.

IV - MATERIAIS E REAGENTES

- Placa de aço (ferro-carbono)- HCl concentrado- Água destilada- Solução de NaCl contendo ferricianeto de potássio e fenolftaleína- Esponja de aço- Proveta- Béquer de 250 ml- 08 tubos de ensaio- 10 pregos limpos- 02 placas de Petri- Gel Agar reagente- Placa aquecedora- Suporte para tubos de ensaio- HCl 3M/L- HNO3 1:5- NaCl 5% (água salgada)

V - RESULTADOS E DISCUSSÃO

1º Experimento: (Verificação das áreas anódica e catódica)

Após a adição 2 gotas de uma solução de NaCl contendo ferricianeto de potássio

e fenolftaleína numa placa de ferro, verificou-se a formação de uma área azulada na

região central da placa , e uma região avermelhada nas extremidades da mesma.

Como se explica o ocorrido?

Estas observações confirmam que a parte central da gota, área menos aerada, e

anódica, pois o ferro foi oxidado dando Fe²+, que com o íon Fe (CN)63- formou o

resíduo azul. Já na área onde o oxigênio e mais acessível e a mais aeração verifica-

se a coloração róseo-avermelhada devido o aumento de íons OH- (hidroxila), o que

caracteriza a área catódica, proveniente da reação

2H2O + O2 + 4e 4OH-

2º Experimento: (Corrosão do ferro na atmosfera)

Após este experimento constatamos que a esponja de aço umedecida,

adicionada no fundo de uma proveta, com um volume inicial de água e certa

quantidade de ar, emborcada em um béquer, também contendo água, se oxidou, e o

volume de ar presente na proveta diminuiu , dando lugar a um volume maior de água

do que o presente na proporção inicial, como mostra a figura 2.0

Figura 2.0: experimento com esponja de aço e água

Qual a variação do nível da água?

A água variou em 3 mL

Qual a relação dos volumes de ar, inicial e final? Como isso se explica?

No inicio do experimento, a quantidade de ar contido na proveta era maior,

diminuindo devido à reação de corrosão entre ele e o ferro contido na esponja de

aço, como o ar era consumido para realização do processo de corrosão este tendeu

a diminuir, dando lugar para que o nível da água subisse cada vez mais. Isto pode

ser explicado pela seguinte equação:

4Fe + 2H2O + 3O2 2 Fe2O3 + H2O

3º Experimento: (Corrosão úmida do ferro)

Após a adição de diversos pregos em diferentes soluções contidas em vários

tubos de ensaio obtiveram-se os seguintes resultados:

1º Tubo- Prego + água de torneira:

Observou-se a formação de um precipitado marrom-acastanhado e leves sinais

de enferrujamento no prego em relação ao seu estado inicial como mostra a figura

3.0:

Figura 3.0: água + prego

2º Tubo- Prego + HCl 3M/L:

Neste experimento percebeu-se a formação de um precipitado marrom-escuro e

uma suspensão amarelada na parte superior do tubo, verificou-se também no ato da

adição do prego como ácido a liberação de um gás que cessou em certo período de

tempo, como mostra a figura 3.1:

Figura 3.1: Prego + HCl 3M/L

3º Tubo- Prego + HCL concentrado:

Verificou-se a liberação de grande quantidade de gás e formação de um

precipitado esbranquiçado com partículas pretas e uma solução esverdeada, neste

experimento (Figura 3.2). Ele apresentou ainda o maior índice corrosão, pois foi o

prego que mais se "afilou" (Figura 3.3).

Figura 3.2: Prego + HCl Figura 3.3 : Deterioração do prego

Concentrado causada pelo ácido

3 º Tubo- Prego + HNO3:

Constatou-se neste experimento a formação de uma solução pastosa,

amarronzada (Figura 3.4), e houve a liberação de um odor característico ocasionado

pelo ácido no momento da adição do prego no mesmo. Durante a situação verificou

se também a formação de partículas pretas, que com o decorrer do tempo se

"amarronzaram", o prego oxidou-se bastante como podemos ver na Figura 3.5:

Figura 3.4: Prego + HNO3 Figura 3.5: Oxidação do prego pelo HNO3

5º Tubo- Prego + NaCl 5%

Não houve liberação de gás, formou-se uma precipitação amarelado, e o prego apresentou características típicas de enferrujamento como mostra a figura 3.6:

Figura 3.6: Prego + NaCl 5%

6º Tubo- Somente o prego

Houve uma oxidação do prego pelo gás oxigênio presente no ar. (Figura 3.7)

Figura 3.7: Prego oxidado pelo gás O2

Escreva as reações envolvidas.

1º 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2

2° Fe + 2HCl + H2O FeCl2 + H2O + H2

3º Fe + 2HCl FeCl2 +H2

4º 8Fe + 30HNO3 8Fe(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

5º Fe + 2NaCl + 3H2O FeCl2 + 2NaOH + 2H2

6° 4Fe + 3O2 2Fe2O3

4º Experimento (Corrosão na linha d'água):

Foram adicionados dois pregos, um em uma solução de NaCl e o outro em água de torneira, na qual o tubo , foi agora fechado obtendo-se agora os seguintes resultados:

1º Tubo água de torneira + prego:

Formaram-se substâncias amareladas características da corrosão e não houve, liberação de nenhum gás, (conforme a figura 4.0) e o enferrujamento produzido foi maior do que na solução de água de torneira do experimento anterior, em que o tubo estava aberto.

Figura 4.0: Prego + água em tubo fechado

2º Tubo- prego + NaCl 5%:

Houve formação de um precipitado preto, conforme a figura 4.1, e o processo de oxidação foi diferente do anterior em que o tubo estava aberto, pois o mesmo formou substância amarelada.

Figura 4.1: Prego+ NaCl em tubo fechado

Escreva as reações envolvidas

1º 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2

2 º Fe + 2NaCl + 3H2O FeCl2 + 2NaOH + 2H2

5º Experimento: (Corrosão/ Gel Agar):

Este experimento não obteve o resultado esperado (Figura 5.0), talvez por erros durante o procedimento experimental, em que colocamos os fios de cobre muito próximos ao ligá-los no prego, não havendo diferenciação entre a área catódica e anódica, oxidando assim os dois pregos como na figura 5.1:

Figura 5.0: resultado esperado Figura 5.1 resultado obtido

6º Experimento (Corrosão/gel Agar + NaCl + ferricianeto de potássio + fenolftaleína)

Foi observada uma coloração azul nas extremidades do prego e também uma área avermelhada no restante dele, devido ao fato de apresentar regiões anódicas e catódicas.

Figura 6.0 gel Agar + prego curvado

VI - CONCLUSÃO

Através do processo experimental realizado em laboratório pode-se observar que a corrosão úmida ou eletroquímica é mais ou menos intensa dependo do meio em que o mesmo está exposto. Na corrosão uma parte oxida e a outra reduz, a que oxida age como ânodo e a que reduz como cátodo.

A corrosão úmida ou eletroquímica necessita de quatro componentes: ânodo, cátodo, eletrólito e circuito metálico.

Desenho esquemático de uma pilha de corrosão

Dependendo do meio submetido, a reação de corrosão pode ser: exotérmica, transformar a coloração do meio, causar viscosidade ao meio, alteração na quantidade de solução, odor, etc.

VII - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS;

http://www.webqc.org/balance.php?reaction=Fe%2BH2O%2BO2%3DFe2O3H2O acesso: 22/10/12

http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf acesso: 21/10/12

http://www.gea.ufpr.br/arquivos/lea/material/Apostila%20Corrosao.pdf acesso: 21/10/12

http://www.cesec.ufpr.br/metalica/patologias/corrosao/corrosao-texto.htm acesso: 21/10/12