UNIVERSIDADE da MADEIRA

Departamento de Química

Electroquímica

ESTUDODA

CORROSÃO DO FERRO

TRABALHO ELABORADO POR:

DUARTE CORREIALÚCIA NASCIMENTO GRUPO 3JOÃO MARQUES P 1

DOCENTE: DR. JOSÉ MESQUITA

Realizado a 12 de Dezembro de 2000

ÍNDICE

RESUMO......................................................................................................................................................3

INTRODUÇÃO............................................................................................................................................4

PARTE EXPERIMENTAL........................................................................................................................6

PARTE A...................................................................................................................................................6PARTE B...................................................................................................................................................6

MATERIAL.................................................................................................................................................6

REAGENTES...............................................................................................................................................7

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL....................................................................................................7

PARTE A – FERRO EM PRESENÇA DE DIFERENTES SOLUÇÕES AQUOSAS..................................................7PARTE B – FERRO EM CONTACTO COM DIFERENTES METAIS...................................................................8

RESULTADOS EXPERIMENTAIS.........................................................................................................9

PARTE A...................................................................................................................................................9ÁGUA DE DISTRIBUIÇÃO DA CIDADE DO FUNCHAL....................................................................................9

Registo...................................................................................................................................................9Após 1 semana.......................................................................................................................................9Registo.................................................................................................................................................10Após 1 semana.....................................................................................................................................10

PARTE B.................................................................................................................................................10Metais...................................................................................................................................................11

FERRO LIVRE EM SOLUÇÃO......................................................................................................................11

TRATAMENTO DE RESULTADOS EXPERIMENTAIS...................................................................11

CONCLUSÃO............................................................................................................................................16

BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................................18

RESUMO

A realização deste trabalho experimental, tem por objectivo o estudo da corrosão do ferro. Para tal estudou-se os fenómenos associados à corrosão do ferro em duas etapas. Na primeira etapa estudou-se o comportamento do ferro na presença de diferentes soluções aquosas e na segunda etapa estudou-se o efeito do contacto do ferro com diferentes metais numa mesma solução.

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INTRODUÇÃO

A corrosão é a palavra geralmente usada para designarmos a deterioração de metais através de um processo electroquímico. Encontramos à nossa volta muitos exemplos de corrosão – ferrugem, escurecimento de prata, película verde formada sobre o cobre e o bronze.[chang]

Os fenómenos de corrosão são conhecidos não só pela sua importância económica e técnica como também pela sua complexidade.

Exemplo mais familiar de corrosão é sem dúvida o da formação de ferrugem sobre o ferro. Para que o ferro enferruge é necessário a presença de oxigénio gasoso e água.

Uma região da superfície do metal funciona como eléctrodo negativo – ânodo – onde ocorre a oxidação:

os electrões que se formam fluem através do metal para uma região que funciona como eléctrodo positivo – cátodo – onde dá-se a redução do oxigénio atmosférico a água:

a reacção redox global é:

V

os iões Fe2+ formados no ânodo são oxidados pelo oxigénio o hidrato de oxido de ferro (III) por reacção química directa quando migram para a superfície da água, onde existe oxigénio disponível.[chang + N Glincka]

A composição da ferrugem obtida vai depender não só da composição da atmosfera como também da própria composição do material metálico. Deste modo de entre os vários elementos conhecidos que são comuns ao material ferroso como o fósforo, o silício, carbono, enxofre têm efeito activo na composição da ferrugem.

Assim, quando o fenómeno de corrosão é eminente, isto é, no inicio do processo, apenas a composição da atmosfera é significativa para avaliar a velocidade de corrosão. Porém à medida que o processo se desenrola e se forma a ferrugem, o material passa então a se corroer seguindo uma velocidade que vai depender da composição do material metálico.[2 deles] Contudo verifica-se que a corrosão perante condições de oxigénio livre é lenta por duas razões. Primeiro, a redução do H2O é lento; segundo, a formação de uma camada de Fe(OH)2 a partir dos produtos da reacção de transferência de electrões inibe reacções posteriores.

Se ambos o oxigénio e a água estão presentes, a química da corrosão do ferro é algo diferente e a reacção de corrosão é cerca de 100 vezes mais rápida do que sem oxigénio.[chemistry & chemistry reactante]

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Existem vários métodos para proteger os metais da corrosão. A maioria deles tem como objectivo, impedir a formação de ferrugem. O procedimento mais evidente consiste em pintar a superfície do metal com uma tinta. No entanto, se a tinta estiver esfolada, picada ou amolgada de forma que deixe em exposição uma área, mesmo que pequena, do metal, haverá formação de ferrugem sob a camada de tinta. A superfíicie do ferro metálico pode ser tornada inactiva através de um processo chamado passivação.

Quando o metal é tratado com um agente oxidante forte como o ácido nitrico concentrado, forma-se uma fina camada de óxido. Uma solução de cromato de sódio é frequentemente acrescentado aos sistemas de arrefecimento para evitar a formação de ferrugem.

A tendência do ferro para se oxidar é fortemente reduzida quando ele forma ligas com alguns metais, tais como ligas de ferro com crómio e níquel – aço inoxidável.

Um outro processo que evita o fenómeno de corrosão é a protecção catódica onde o metal é tornado cátodo numa pilha electroquímica.

5

PARTE EXPERIMENTAL

Esquema de montagem

PARTE A

Figura 1

PARTE B

Figura 2

MATERIAL

Gobelets Tubos de ensaio Suporte para tubos de ensaio Parafilme Pinça Balança analítica Fios

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REAGENTES

Água destilada Solução de cloreto de sódio (1 g/l) Solução de ácido sulfúrico (2 g/l) Solução de bissulfito de sódio (2 g/l) Solução de hidróxido de sódio (1 g/l) Solução de hidróxido de sódio (40 g/l) Solução de cromato de potássio e cloreto de sódio Solução de permanganato de potássio (0,2 g/l) Solução de permanganato de potássio (1 g/l) Solução de peróxido de hidrogénio (0,2 g/l) Solução de peróxido de hidrogénio (1 g/l) Água de distribuição da cidade do Funchal Placa de cobre Placa de zinco Magnésio Platina

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

PARTE A – Ferro em presença de diferentes soluções aquosas.

Nesta etapa, introduziu-se os pregos em tubos de ensaio, como mostra a figura 1 , contendo cada um deles diferentes soluções aquosas, amostras 1 a 12 respectivamente.

As amostras utilizadas para:

1. Água destilada2. Solução de cloreto de sódio (1 g/l)3. Solução de ácido sulfúrico (2 g/l)4. Solução de bissulfito de sódio (2 g/l)5. Solução de hidróxido de sódio (1 g/l)6. Solução de hidróxido de sódio (40 g/l)7. Solução de cromato de potássio e cloreto de sódio8. Solução de permanganato de potássio (0,2 g/l)9. Solução de permanganato de potássio (1 g/l)10. Solução de peróxido de hidrogénio (0,2 g/l)11. Solução de peróxido de hidrogénio (1 g/l)12. Água de distribuição da cidade do Funchal

Registou-se as observações 2 horas e 1 semana após a execução do trabalho e pesou-se cada um dos pregos.

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PARTE B – Ferro em contacto com diferentes metais

Nesta etapa, introduziu-se numa série de quatro gobelets contendo água de distribuição urbana, um prego ligado por uma ligação simples, a um outro metal, nomeadamente cobre, zinco, magnésio e platina como mostra a figura 2 e simplesmente livre em solução.

Registou-se as observações cerca de 2 horas depois de se iniciar o processo experimental.

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RESULTADOS EXPERIMENTAIS

PARTE A

Efectuada a experiência, observou-se atentamente o comportamento do ferro – pregos – no decurso desta, tendo-se registado o aspecto daí a 2 horas e após 1 semana de cada uma das experiências bem como as respectivas massas obtidas.

Tabela 1 – Valores de massa obtida para os vários antes de entrar em contacto com a respectiva solução e após uma semana em contacto.

Tubos solução minicial (g) mfinal (g)

123456789101112

Água destiladaSolução de cloreto de sódio (1 g/l)Solução de ácido sulfúrico (2 g/l)Solução de bissulfito de sódio (2 g/l)Solução de hidróxido de sódio (1 g/l)Solução de hidróxido de sódio (40 g/l)Solução de cromato de potássio e cloreto de sódioSolução de permanganato de potássio (0,2 g/l)Solução de permanganato de potássio (1 g/l)Solução de peróxido de hidrogénio (0,2 g/l)Solução de peróxido de hidrogénio (1 g/l)Água de distribuição da cidade do Funchal

6,50976,63256,62536,62166,56726,61906,64836,60246,63946,49726,58206,6088

6,50706,63176,60816,61996,56866,61796,64726,60006,64026,49276,58126,6057

Tabela 2 – Registo das alterações sofridas pelo prego após duas horas e após uma semana de contacto com as respectivas soluções.

TubosRegisto

Após 2 hora Após 1 semana

1

Formação de depósito amarelo;Prego apresenta pequenas manchas castanhas.

Formação de um depósito acastanhado de finas partículas. Prego apresentando uma ferrugem – manchas pretas.

2Aparecimento de pequenas manchas castanhas.

Cabeça do prego ligeiramente mais alaranjado, depósito verde escuro e fino no tubo. Prego com uma coloração mais escura e homogénea – ferrugem.

3Vê-se libertação de bolhas e escurecimento do prego.

Muito pouco depósito. Cabeça do prego bastante alaranjado. Solução ligeiramente alaranjada. Prego acizentado.

4Aparecimento de mancha cinzenta;Libertação de pó amarelo.

Prego ligeiramente acizentado – não muito homogéneo – depósito escuro não tão fino quanto os outros. Cabeça do prego ligeiramente mais escuro.

5 Sem alterações. Não se verificou qualquer alteração.

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Tabela 3 – Continuação da tabela 2.

TubosRegisto

Após 2 hora Após 1 semana

6 Sem alteração. Não se verificou qualquer alteração.

7Formação de uma mancha castanha, grande e localizada.

Solução amarelada. Depósito amarelo, bem definido, no prego. Pequenas partículas em suspensão com resíduos castanho no fundo do tubo.

8Manchas castanhas e libertação de “pó” da mesma cor.

Prego ligeiramente escuro. Depósito fino acastanhado no tubo.

9Partículas em suspensão, vêm-se algumas blhas grandes.

Depósito amarelo acastanhado fino. Prego ficou com um tom dourado.

10Formação de camada castanha; libertação de bolhas; depósito na ponta.

Prego escureceu, apresentando manchas pretas. Depósito acastanhado fino cabeça do prego avermelhada. Solução ligeiramente castanha.

11Formação de camada de óxido e pequeno depósito; libertação de bolhas.

Solução incolor. Prego apresenta-se apenas com pequena ponta onde se observa um aglomerado vermelho. Cabeça do prego avermelhado com libertação de bolhas. Pequeno depósito também avermelhado.

12Formação de camada de óxido e bastante depósito em suspensão.

Depósito acastanhado muito fino. Prego escureceu apresentando manchas negras. Cabeça do prego com depósito acastanhado.

PARTE B

Feito a experiência demonstrativa do efeito do ferro perante o contacto com diferentes metais, registou-se as seguintes observações que se encontram resumidas na seguinte tabela.

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Tabela 4 – Registo das observações efectuadas aos pregos quando em contacto durante 2 horas com diferentes metais.

Copo Metais Observações

1 Ferro livre em soluçãoSolução ficou ligeiramente amarelada. Prego oxidado com pequenas manchas amarelas – ferrugem .

2 Ferro – CobreSolução ficou ligeiramente amarela. Prego com depósito castanho esverdeado de ferrugem.

3 Ferro –ZincoSolução ficou incolor. O zinco apresentava um depósito ligeiramente cinzento escuro.

4 Ferro – MagnésioSolução ligeiramente amarelada prego com um depósito fino e ligeiramente verde acastanhado.

5 Ferro – PlatinaSolução ligeiramente amarelada. Prego com manchas ligeiramente acastanhadas de ferrugem.

TRATAMENTO DE RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Obtidos os resultados experimentais, vamos tentar os compreender, tendo em conta as possíveis reacções redox envolvida para cada caso experimental.Deste modo para o estudo efectuado ao ferro na presença de diferentes soluções temos:

Tubo 1

A formação do depósito acastanhado no fundo do tubo de ensaio bem como as manchas pretas observadas no prego, são consequência directa da corrosão lenta do prego quando este está em contacto com a água e oxigénio. Químicamente este processo pode ser descrito pela seguinte equação:

Assim, verificou-se que o depósito acastanhado é nada mais do que um óxido de ferro hidratado Fe2O3.xH2O.

Tubo 2

Nesta situação verificou-se demais a corrosão lenta do ferro e envolve a dissociação do NaCl em água. Assim as semi-reacções envolvidas são:

Oxid

Red

Reacção global

11

Deste modo o depósito observado possivelmente deve-se à presença de FeCl2.

Tubo 3

Na presença do ácido sulfúrico ocorre a passivação do ferro com libertação de hidrogénio como facilmente se verifica na reacção que se processa:

Oxid

Red

Reacção global

A camada que se forma que torna o ferro passivante é de FeSO4.

Tubo 4

Nesta situação verificou-se a formação de manchas negras sobre o prego, resultante da magnetite negra (Fe3O4) como se pode verificar nas seguintes reacções:

ou

em que as reacções complementares são:

Tubos 5 e 6

Uma vez que não ocorre qualquer reacção entre o ferro e o hidróxido de sódio, então obviamente não ocorre o fenómeno de corrosão.

Tubo 7

O facto de verificar-se que o prego apresenta um depósito contraria o pressuposto que nesta solução era de esperar que ocorresse o fenómeno de passivação, possivelmente resultante da formação de uma camada de óxido de crómio. Contudo a existência de iões Cl- em solução deveria originar a espécie FeCl2 de cor verde, como já se verificou para o tubo 2, não sendo porém visível.

Tubo 8

O ferro na presença de permanganato de potássio diluído sofre corrosão lente como se pode ver no produto final das reacções químicas envolvidas:

Oxid

Red

Reacção globalEm que a oxidação dos iões Fe2+ pelo oxigénio resulta:

12

Assim se verifica que o depósito é provavelmente do óxido de ferro hidratado formado.

Tubo 9

Na presença de permanganato de potássio concentrado, é possível a formação de ferrugem como mostra as reacções descritas:

Oxid

Red

Reacção global

Contudo o facto de se obter tão pouca quantidade de depósito e de se ter observado que o prego ficou completamente dourado leva-nos a crer que possivelmente ocorreu a formação de um filme passivante.

Tubo 10

Neste caso, estamos perante condições de ocorrência de corrosão de uma certa forma intensa, tal como se verificou pelo estado do prego e pela quantidade de depósito, e que pode ser descrito pelas seguintes reacções:

Oxid

Red

Reacção global

Como já, se verificou, dá-se então a formação do óxido de ferro hidratado – ferrugem.

Tubo 11

Mediante a concentração de peróxido de hidrogénio superiores, verifica-se um efeito passivante. De facto apenas numa pequena extensão do prego ocorreu corrosão, formando um aglomerado decorrente da corrosão.Por outro lado foi perfeitamente visível a libertação de bolhas que pode ser justificada se atendermos a que o peróxido de hidrogénio pode sofrer facilmente dismutação como mostra as seguintes reacções:

Oxid

Red

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Tubo 12

Nesta situação estamos perante um conjunto de reacções diversificadas pois estamos na presença de uma enorme complexidade de iões. Contudo mediante a base de resultados obtidos, facilmente se pode deduzir que o depósito acastanhado é decorrente da oxidação do ferro com a formação do óxido de ferro hidratado e a possível existência de pequenas manchas verdes detectadas seja devido à presença de iões cloreto.

Relativamente ao estudo efectuado com ferro em contacto com diferentes metais, temos:

Para o ensaio 1, temos apenas uma simples reacção redox em que se forma o óxido de ferro hidratado – ferrugem e que por objectivo se torna no ponto de referência relativamente aos outros ensaios.

Relativamente ao ensaio 2, verificou-se que ocorreu a corrosão do ferro e as reacções que descrevem este fenómeno são as seguintes:

Ânodo

Cátodo

Reacção global

Para o ensaio 3, em que estamos perante o ferro e o zinco apesar de ter-se observado o que parecia uma espécie de uma fina película formada sob o zinco, esta ocorrência não vai de encontro com o esperado, pois de acordo com as reacção:

Ânodo

Cátodo

Reacção global

Era de esperar que ocorre-se a corrosão doo zinco, isto é, verifica-se que o ferro não se oxida.

Para o ensaio 4, em que os metais intervenientes são o ferro e o magnésio, chega-se a uma conclusão em todo semelhante, pois de acordo com os potenciais normais de redução e tendo em conta as respectivas reacções:

Ânodo

Cátodo

Reacção global

Verifica-se que o ferro não é possível sofrer corrosão.

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Finalmente para o ensaio 5 em que os metais que estavam em contacto numa solução de água da torneira, eram o ferro e a platina, verificou-se tal como para o ensaio 2 que ocorre a corrosão do ferro. As reacções que descrevem este fenómeno são as seguintes:

Ânodo

Cátodo

Reacção global

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CONCLUSÃO

Com a realização deste trabalho experimental pretendeu-se estudar o comportamento do ferro face a diferentes soluções aquosas e em contacto com diferentes metais, tendo-se recorrido para o efeito a pregos.

Assim, analisando os resultados obtidos para a reacção do ferro com diferentes soluções aquosas, verifica-se que o ferro é corroído quando está em contacto quer com a água destilada quer com a água da rede de distribuição. Esta corrosão que era de esperar, é produto do contacto do ferro com a água e o oxigénio originando o óxido de ferro hidratado – ferrugem.

Por outro lado, verificou-se que essa mesma corrosão sofrida pelo ferro é também consequência da presença de iões cloreto como se pode constatar quando se observou que o ferro na presença de cloreto de sódio sofreu corrosão. Esta situação é de facto real e pode-se verificar facilmente ao recordarmos do efeito corrosivo que a água do mar tem sobre o ferro (devido aos iões cloreto).

Pelo contrário, a solução de ácido sulfúrico possui um efeito um tanto ou quanto contrário sobre o prego relativamente às soluções anteriores, porque apesar de se verificar que ocorreu corrosão no ferro, esta é minimizada pelaexistência de um filme passivante que se forma contudo não é suficiente para cobrir todo o ferro. Daí que se tenha verificado algumas manchas pretas no ferro.

Relativamente à solução de bissulfito de sódio, como para as primeiras soluções também se verificou que ocorreu a corrosão do ferro o que visivelmente se pode constatarpela existência de pequenas manchas negras no prego decorrentes da formação da magnetite negra Fe3O4.

Quanto a ambas as soluções de hidróxido de sódio, pode-se verificar que estas não provocam qualquer efeito corrosivo sobre o ferro, não se observando desta forma qualquer alteração no prego.

Para a solução de cromato de potássio e cloreto de sódio verificou-se que a presença de cloreto de sódio, activou o efeito corrosivo sobre o ferro, uma vez que apenas em cromato de potássio o efeito seria o da formação de um filme passivante. Desta forma assim se justifica a presença de um depósito no fundo do tubo.

No caso das soluções de permanganato de potássio a concentrações diferentes verificou-se que para ambos os casos o efeito corrosivo sobre o ferro é uma realidade. Contudo esse efeito é mais significativo para a solução mais diluída pois para a solução mais concentrada o menor valor obtido de massa de depósito pode ficar a dever-se à formação de um filme passivante.

Finalmente verificou-se uma situação um tanto ou quanto idêntica relativamente às soluções anteriores, pois para a solução menos concentrada é que se verifica que a corrosão é mais intensa, enquanto que para a solução mais concentrada a formação de um filme passivante impedia de uma certa forma a corrosão intensa.

Assim se verifica não só para estes últimos casos como para algumas situações anteriores que o facto do ferro ser por vezes corroído quando não se esperava pode ficar a dever-se não só à influência do filme passivante que pode não ser homogéneo como também o facto de todas as soluções serem aquosas.

Relativamente ao comportamento do ferro face ao contacto com diferentes metais, pode-se verificar que quando estamos perante dois metais com potenciais diferentes ocorre uma diferença de potencial, isto é, uma transferência de electrões. Assim estamos diante um tipo de corrosão designado por corrosão galvânica, em que vulgarmente ocorre perfurações no material metálico que funciona como ânodo.

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Deste modo e analisando os resultados pode-se constatar que o ferro deve-se comportar como ânodo, isto é, sofrer corrosão, quando está em contacto com cobre e platina e como cátodo quando em contacto com o zinco e o magnésio.

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BIBLIOGRAFIA

[1] – CHANG. Raymond, “Química”, 5ª Edição, McGraw Hill, 1994.

[2] – GLINKA. N, “Química Geral”, Volume 2, editora MIR, Moscovo, 1984.

[3] – GENTIL, Vicente, “Corrosão”, Editora Guanabara, Rio de Janeiro, 1987.

[4] – KOTZ. John C., PURCELL. Kerth F., “Chemistry & Chemical Reactivity”, Second edition, Sounders college Publiishing, Ft. Worth, 1987.

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