UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES

ENGENHARIA DE PRODUO

CORROSO DOS METAIS

PAULO HENRIQUE ALVES DA SILVA RGM: 11142100036

GUILHERME OLIVEIRA ALENCAR RGM: 11142500869

EVERTON JOS DIAS DE SOUZA RGM: 11142101062

ANDRESSA APARECIDA SILVA DE MELO RGM: 11142101562

LEONARDO

MOGI DAS CRUZES

2015

PAULO HENRIQUE ALVES DA SILVA RGM: 11142100036

GUILHERME OLIVEIRA ALENCAR RGM: 11142500869

EVERTON JOS DIAS DE SOUZA RGM: 11142101062

ANDRESSA ARECIDA SILVA DE MELO RGM: 11142101562

LEONARDO

CORROSO DOS METAIS

Relatrio apresentado como requisito parcial para aprovao na disciplina de Qumica Experimental I, na Universidade de Mogi das Cruzes, Curso de Engenharia de produo.

Professor: Fabiano Palgrossi

Mogi das Cruzes

2015

Sumrio

4Introduo

4Corroso

8Materiais

9Reagentes e solues

9Procedimentos

9Procedimento 1

10Procedimento 2

10Procedimento 3

10Procedimento 4

11Procedimento 5

11Procedimento 6

12Lista de reaes e alteraes visveis do sistema

13Resultados e discusso

13Procedimento 1 Corroso do Ferro na atmosfera

13Procedimento 2 Corroso mida do Ferro

15Procedimento 3 Corroso na Linha Dgua

15Procedimento 4 Verificao das reas Andicas e Catdicas

15Procedimento 5 Corroso sob Tenso

16Concluso

16Referncias

IntroduoCorrosoChama-se corroso um conjunto de fenmenos de deteriorao progressiva do metais em consequncia de reaes qumicas ou eletroqumicas entre o metal e o meio ambiente ou os elementos vizinhos, ou ainda outros metais em contato. No caso de equipamentos o agente que mais frequentemente causa a corroso do metal o prprio fluido contido no equipamento. Entretanto a corroso tambm pode ser provocada pela atmosfera externa. A corroso causa frequentemente a destruio completa do metal no fim de um certo tempo. A corroso um problema muito srio em industrias, sendo responsveis por enormes prejuzos decorrentes da necessidade constante de substituir equipamentos destrudos, e tambm de superdimensionar numerosas peas para evitar a possibilidade de falhas em servio. Aproximadamente de todo ao produzido no mundo destina-se exclusivamente a repor material destrudo pela corroso.

Em muitos casos a corroso nada mais do que a reverso natural dos metais para a forma de compostos mais estveis, que so justamente os minrios de origem.

Os fenmenos relacionados com a corroso so muito complexos, envolvendo sempre numerosos fatores, alguns dos quais difceis de se caracterizar exatamente.

A melhor indicao da resistncia corroso de um determinado material a experincia prvia, que deve referir-se a um servio exatamente igual ao que se deseja, e no apenas semelhante. Na ausncia de dados confiveis recomenda-se que sejam feitos testes prticos de corroso ou experincias de laboratrio, cujos resultados podem entretanto fugir bastante da realidade, devido aos numerosos fatores de influncia, difceis de se reproduzir em uma experincia, e sobre tudo devido ao fato desses testes serem feitos em um tempo curto, enquanto que a corroso geralmente um fenmeno de longa durao.

CAUSAS DA CORROSO

Na maioria das vezes a corroso resulta de reaes eletroqumicas. Para que essas reaes se processem necessrio que se tenham dois elementos metlicos com potencial eltrico diferente ( catodo e anodo ), em contato com um meio eletroltico, e unidos entre si por uma cadeia condutora de eletricidade. Nessas condies h o aparecimento de uma corrente eltrica entre esses dois pontos da pea metlica, que provoca uma migrao de material do anodo, que ser portanto corrodo. O eletrlito pode ser qualquer fluido condutor de corrente eltrica: gua ( exceto gua destilada), ar mido, solues cidas, alcalinas ou salinas, etc. A diferena de potencial entre os dois pontos da pea metlica pode se originar em consequncia de numerosas causas, entre as quais podemos citar:- Metais diferentes ou ligas metlicas diferentes em contato mtuo

- Diferena de aerao ou de umidade entre os dois pontos

- Diferena de estado de tenses entre os dois pontos ( um ponto mais tensionado que o outro )

- Irregularidades ( mesmo quando microscpicas ) na granulao do metal.

- Diferenas de temperatura ou de iluminao entre dois pontos.

- Diferena de PH dos fluidos em contato com os dois pontos diferentes.

- Diferena de concentrao entre dois pontos do fluido em contato.

Em resumo, qualquer falta de homogeneidade, no metal ou no ambiente em contato com o metal, pode dar origem a reaes eletroqumicas. Observe-se que na prtica temos frequentemente a ao simultnea de mais de uma causa de diferenas de potencial.

As correntes eltricas geradas so sempre muito fracas porque as diferenas de potencial entre o anodo e o catodo so geralmente da ordem de milsimos de Volt. A destruio do anodo ser tanto mais intensa quanto mais forte for a corrente eltrica. Por essa razo, a corroso eletro-qumica sempre um fenmeno lento e progressivo, cujos efeitos s so observveis no fim de um certo tempo, as vezes bastante longo.

Algumas vezes a corroso causada por reaes qumicas diretas entre o metal e o fluido em contato, ou pela dissoluo do metal no fluido; em qualquer desses casos a corroso rpida.

Em muitos casos a corroso apenas se inicia, sendo estancada espontaneamente pelos prprios resduos da corroso: Esse fenmeno, que de grande importncia prtica, ocorre quando os resduos da corroso formam uma pelcula forte, contnua e aderente sobre a superfcie do metal, que isola o mesmo do contato com o ambiente corrosivo, impedindo o prosseguimento da corroso. A resistncia a exposio ao tempo que apresentam o cobre, o alumnio, o cromo, o nquel, e vrios outros metais, deve-se justamente formao de uma pelcula fina, aderente e impermevel de xido, isolando o metal do contato com a atmosfera. No caso do ferro, no ocorre a formao de uma pelcula protetora, porque a ferrugem ( xidos de ferro ) altamente porosa, no evitando portanto o progresso da corroso.

CORROSO ATMOSFRICA

Em muitos casos a atmosfera agressiva de forma que a corroso atmosfrica pode se tornar to sria ou mesmo pior do que a corroso interna de equipamentos.

MEIOS CORROSIVOS A ALTAS TEMPERATURAS

Anteriormente fez-se um estudo mais detalhado da corroso alta temperatura, considerando-se como principal meio corrosivo o oxignio. Na oportunidade, pode-se apresentar outro meios corrosivos tambm importantes.

ENXFRE E GASES CONTENDO ENXFRE

Quando o meio corrosivo contm enxfre, a pelcula constituda parcial ou totalmente pelo sulfeto do metal. Os sulfetos metlicos apresentam na rede cristalina mais lugares vazios na rede catinica do que os oxidos correspondentes; logo as pelculas de sulfeto no apresentam propriedades protetoras. Outro inconveniente que a presena do sulfeto ao lado do xido, na pelcula, forma euttico de baixo ponto de fuso, acelerando portanto o ataque dos metais que trabalham a temperaturas superiores a do ponto de fuso do euttico. A presena de enxfre nos gases de fornos pode ocasionar a oxidao intergranular do metal. Ocorre, principalmente para o nquel e o cobre. Ligas com teores de nquel maiores do que 15 a 30% so extremamente sensveis a gases contendo enxfre sob condies no oxidantes e em temperaturas elevadas. No caso do nquel h formao de sulfeto no contorno dos gros, o qual forma com o metal autentico de baixo ponto de fuso. Por exemplo, no sistema Ni/S forma-se um euttico de Ni3S2-Ni que funde a 645C, enquanto no sistema Fe/S, o ponto de fuso mnimo 988C. Da as ligas, base de ferro, serem mais resistentes que as ligas base de nquel em atmosferas sulfurosas.

O ataque pelo gs sulfdrico apresenta semelhana com o do enxfre:M+H2S---MS+H2

OXIDAO E CORROSO EM TEMPERATURAS ELEVADAS

O dixido de enxfre da lugar a formao de sulfeto de xido do metal:3M+SO2--- MS+2MO, podendo ocorrer:

MS+2SO2---MSO4+2S

HIDRGENIO

O ataque dos metais pelo hidrognio, sob presso e temperatura elevadas, raramente resulta na formao de pelculas sobre a superfcie mesmo se houver formao de hidretos, esses so instveis. O hidrognio ainda pode-se difundir para o interior do metal.

Sabe-se que o hidrognio um forte agente redutor em temperaturas elevadas, logo pode-se Ter a reduo de certos constituintes das ligas, podendo-se citar como exemplo:

a) Descarbonetao de aos, com formao de hidrocarbonetos volteis:Fe3C+2H2---3Fe+CH4

Esse ataque ocorre, preferencialmente, no contorno dos gros. O gs metano formado localmente pode exercer presses elevadas e ocasionas fraturas.

b) O cobre e outros metais que tm tendncia a dissolver oxignio, quando aquecidos ao ar, e em seguida aquecidos em presena de hidrognio, sofrem ruptura ao longo do contorno dos gros, devido formao de vapor dgua. As reaes que se passam podem ser expressas da seguinte forma:4Cu+O2---2Cu2O

2Cu+O2---2CuO

Cu2O+H2---2Cu+H2O

CuO+H2---Cu+H2O

HALOGNIOS E COMPOSTOS HALOGENADOS

Os halogneos formam halogenetos metlicos que so volteis em temperaturas elevadas, no tendo pois caractersticas protetoras. Ocorre, por exemplo, com o cromo e o alumnio que, como j foi visto, so importantes componentes das ligas resistentes a altas temperaturas. O ataque efetuado principalmente sobre o metal; logo, se j existir uma pelcula de xido, esse ataque ser muito pequeno. Da, a ao dos halogneos ser mais intensa em atmosfera redutora do que em atmosfera oxidante, como evidencia a reao:Al2O3+3C+3Cl2 ---2AlCl3+3CO

Se o meio contiver gs clordrico, HCl, h acelerao da oxidao, pois esse ataca o xido.

VAPOR DGUA

O vapor dgua, em temperaturas elevadas, ataca certos metais formando os xido correspondentes e liberando hidrognio que pode ocasionar danos.3Fe+4H2O(V)---Fe3O4+4H2

NITROGNEO (N2) E AMNIA (NH3)

Embora seja o componente de maior porcentagem no ar, o nitrognio tem pouca influncia na oxidao dos metais aquecidos ao ar, sendo completamente superado pelo oxignio. Isso devido ao fato dos nitretos dos metais mais comuns terem presses de dissociao maiores que a presso parcial do nitrognio.

A reao entre o nitrognio e os metais usada praticamente em atmosferas redutoras para endurecimento superficial de aos ( nitretao ), usando-se como agente de nitretao a amnia.

(VICENTE)Sumrio

4Introduo

4Corroso

8Materiais

8Reagentes e solues

9Procedimentos

9Procedimento 1

9Procedimento 2

9Procedimento 3

10Procedimento 4

10Procedimento 5

10Procedimento 6

11Lista de reaes e alteraes visveis do sistema

12Resultados e discusso

12Procedimento 1 Corroso do Ferro na atmosfera

12Procedimento 2 Corroso mida do Ferro

14Procedimento 3 Corroso na Linha Dgua

14Procedimento 4 Verificao das reas Andicas e Catdicas

14Procedimento 5 Corroso sob Tenso

15Procedimento 6 Corroso Galvnica

15Concluso

15Referncias

Objetivo Avaliar qualitativamente os tipos de corroso mais frequente, dentro os quais esto: corroso do ferro em contato com a atmosfera e com umidade, corroso galvnica, entre outras. Verificar as reaes oxido-redutivas que ocorrem; os principais reagentes e produtos formados nos processos de corroso. Outro aspecto avaliado foram as polarizaes - regies catdicas e andicas decorrentes da corroso. Materiais

Reagentes e solues

6 ml de HSO concentrado6 ml de soluo aquosa de HCl 3mol/L

12 ml de soluo aquosa de HCl 3mol/L

6 ml de soluo aquosa de HSO 3,5mol/L

6 ml de soluo aquosa de NaOH 0,1mol/L

50 ml de soluo aquosa de NaCl a 5%

Soluo de NaCl contendo K[Fe(CN)]

5 ml de soluo alcolica de fenolftalena

11 pregos de ferro

Lminas de ferro e cobre unidas por um fio de cobre

Lminas de ferro e zinco unidas por um fio de cobre

1 lmina de ferro

2 pregos mdios

Palha de aoProcedimentosProcedimento 1Em uma proveta longa colocou-se um pedao de palha de ao na poro superior; essa proveta foi embebedada em gua e emborcada num bquer previamente preenchido de gua mantendo uma coluna de 13ml de ar entre a palha de ao e a gua na proveta e este volume anotado. Depois de uma semana os resultados foram observados e anotados.Procedimento 2

Oito pregos foram limpos com palha de ao e mergulhados em solues diversas, as quais estavam em tubos de ensaio abertos. Tubo 1: gua de torneira; Tubo 2: HCl diludo (3 mol L-1); Tubo 3: HCl (6 mol L-1); Tubo 4: NaOH (0,1 mol L-1); Tubo 5 H2SO4 (3,5 mol L-1); Tubo 6: H2SO4 conc.; Tubo 7: NaCl a 5%; Tubo 8: Somente o prego. Depois de colocados nos tubos, foram anotados os aspectos iniciais dos pregos e aps uma semana comparados os resultados.Procedimento 3

Dois pregos de ferro foram parcialmente mergulhados em solues de: Tubo 1, gua de torneira; Tubo 2, NaCl a 5%. Ento foram tampados os tubos e anotados os aspectos iniciais. Aps uma semana comparados os resultados e anotados as divergncias macroscpicas observadas.Procedimento 4

Em uma placa de ferro limpa e decapada, pingou-se 3 gotas de uma soluo previamente preparada soluo de NaCl, K3[Fe(CN)6] e fenolftalena e aps alguns minutos foram observados e anotados os resultados obtidos.Procedimento 5

Dois pregos grandes de ferro foram mergulhados em solues de:

Tubo 1: NaCl a 5%; Tubo 2: HCl a 6 mol L-1Aps uma semana foi comparada integralmente a estrutura dos pregos, a fim de verificar alteraes causadas pela tenso e meio corrosivo a que foram submetidos. Os resultados observados foram anotados.Procedimento 6

Duas placas metlicas (ferro e cobre) foram conectadas por um fio tambm metlico - condutor de eltrons; este conjunto foi ento mergulhados num bquer de 50 mL com gua, contendo 3 mL de uma soluo indicadora soluo de NaCl, K3[Fe(CN)6] e fenolftalena . Aps alguns minutos os resultados foram observados e anotados.

Lista de reaes e alteraes visveis do sistema

Reao 5: 2Fe(s) + 6HCl(aq) -> 2FeCl2(s) + 4H2(g)Oxidao do ferro na presena de cido clordrico; h produo de um slido esverdeado e gs hidrognio.

Reao 6: Fe(s) + H2SO4 -> H2(g) + FeSO4(s)Oxidao do ferro na presena de cido sulfrico; h produo de um composto slido preto e gs hidrognio.Resultados e discusso

Procedimento 1 Corroso do Ferro na atmosferaAps uma semana, o a palha de ao Fe(s) que foi embebedada em gua enferrujou-se, caractersticas das reaes:

Fe(s) + H2O(l) + 1/2O2(g) -> Fe(OH)2(aq)

Fe(OH)2(aq) + H2O(l) +3/2O2(g) -> Fe(OH)3(aq) + H2O(l)

Fe(OH)3(aq) -> H2O(l) + Fe2O3(s)

as quais produziram a ferrugem: Fe2O3(s) de colorao alaranjada e textura spera.

O O2 necessrio para a reao retirado da coluna de ar, que ao final do experimento tinha 10,85ml, ou seja, foi consumido 16,54% da coluna, e como sabe-se que o ar atmosfrico possui cerca de 20% de oxignio, pode-se dizer que todo este foi usado na reao, explicando a alterao de volume.

Procedimento 2 Corroso mida do Ferro Aps uma semana os resultados obtidos em cada tubo foram: Tubo 1: Houve corroso do ferro de acordo com as reaes: Fe(s) + H2O(l) + 1/2O2(g) -> Fe(OH)2(aq)

Fe(OH)2(aq) + H2O(l) +3/2O2(g) -> Fe(OH)3(aq) + H2O(l)

Fe(OH)3(aq) -> H2O(l) + Fe2O3(s)

A ferrugem podia ser encontrada ao redor do prego e no fundo do tubo de ensaioTubo 2: Houve oxidao do prego de acordo com as reaes:

Fe(s) + H2O(l) + 1/2O2(g) -> Fe(OH)2(aq)

Fe(OH)2(aq) + H2O(l) +3/2O2(g) -> Fe(OH)3(aq) + H2O(l)

Fe(OH)3(aq) -> H2O(l) + Fe2O3(s)

Percebe-se que a corroso foi maior que no primeiro tubo devido a maior presena de slido alaranjado no fundo do tubo, assim como, percebe-se a presena de uma tonalidade verde na soluo, que pode ser explicada pela reao:

2Fe(s) + 6HCl(aq) -> 2FeCl2(aq) + 4H2(g)

O composto FeCl2 solvel em meio cido e caracteristicamente verde.Tubo 3: Mesmos resultados que os observados no tubo 2, porm com maior intensidade e proporo dos produtos da corroso, porque que h maior concentrao do cido corrosivo e consequentemente maior nmero de eletrlitos, os quais geram mais fluxo de eltrons no meio.H tambm formao de um slido preto ao redor do prego, que pode ser explicado pela reao:

3Fe(OH)2(aq) -> H2O(l) + O2(g) + Fe3O4(s)

O slido em questo o Fe3O4(s), de colorao preta, tambm conhecido como magnetita.Tubo 4: No h evidencias macroscpicas de que houve uma reao, todavia, sabe-se que o ferro oxidar em meio aquoso; portanto h formao de Fe(OH)2 de acordo com as reaes 1 e 2 delimitando todo prego em uma camada, cessando assim as reaes, pois o meio alcalino impede que o hidrxido formado se solubilize, fenmeno conhecido como passivaoTubo 5: Houve oxidao do prego em concordncia com a reao:

Fe(s) + H2SO4 -> H2(g) + FeSO4(s)

com formao de um precipitado (FeSO4(s)) preto intenso. Tubo 6: No ocorreu reao em nveis significativos uma vez que a alta concentrao de cido sulfrico, substncia molecular (aproximadamente 98%) dificulta a formao de ons H+ dissociados em soluo, impedindo assim a ocorrncia da corroso.Tubo 7: As reaes de corroso so as mesmas apresentadas no tubo 1, todavia, a presena de um maior nmero de eletrlitos por causa do NaCl dissolvido aumenta o fluxo de eltrons e consequentemente corroso mais intensa. Tubo 8: No houve evidncias de reao neste tubo, pois a corroso do ferro em ambiente aberto e na ausncia de catalisadores muito lenta.

Procedimento 3 Corroso na Linha DguaAps uma semana num tubo fechado e em solues aquosas, ambos os pregos oxidaram produzindo ferrugem de acordo com as reaes:

Fe(s) + H2O(l) + 1/2O2(g) -> Fe(OH)2(aq)

Fe(OH)2(aq) + H2O(l) +3/2O2(g) -> Fe(OH)3(aq) + H2O(l)

Fe(OH)3(aq) -> H2O(l) + Fe2O3(s)

at o total consumo de O2(g). Aps este consumo as bordas de ferro que continham Fe(OH)2 passaram a oxidar produzindo magnetita de acordo com a reao:

3Fe(OH)2(aq) -> H2O(l) + O2(g) + Fe3O4(s)

Alm destes fatos observados, houve tambm uma ligeira diferenciao de intensidades nos tubos. O Tubo 2 teve corroso mais intensa que o Tubo 1, pois nesse havia maior nmero de eletrlitos, os quais aumentaram o fluxo de eltrons nas reaes. Percebe-se tambm que a reao ocorre com mais intensidade abaixo da linha dgua, evidenciado por um depsito de ferrugem neste local.Procedimento 4 Verificao das reas Andicas e CatdicasA soluo gotejada no ferro era uma soluo de indicadores: fenolftalena que indica presena de meio bsico e K3[Fe(CN)6] indicador de Fe2+ em soluo, cuja colorao caracterstica o azul. Na placa de ferro verificou-se que nas bordas da gota - onde h contato do ferro com O2(g) - est delimitada a poro catdica da soluo, corroborado pela colorao rsea da fenolftalena, a qual indica excesso de OH- na regio; e no centro das gotas a poro andica, com formao de Fe2+ pela oxidao do ferro, indicados pela colorao azul caractersticas do indicador (oxidao do ferro Fe2+).Procedimento 5 Corroso sob TensoApesar da montagem do experimento, no houve anlise dos tubos aps uma semana.ConclusoO estudo das reaes de corroso importante na preveno e tratamento especial de mega-empreendimentos que utilizem metais pesados cuja aquisio difcil, evitando assim as perdas desnecessrias de capital. Tais experimentos demonstraram as principais maneiras macroscpicas de verificar a ocorrncia de corroso, como tambm mtodos simples de sacrifcio e preveno a fim de aumentar a durabilidade de empreendimentos que utilize metais susceptveis corroso. Bibliografia

VICENTE, G. Corroso. Rio de Janeiro: Almeida Neves Editores LTDA.VICENTE, G. http://www.grupoescolar.com/pesquisa/corrosao.html. http: //www.grupoescolar.com/pesquisa/corrosao.html. Disponivel em: . Acesso em: 19 maio 2015.