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1
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
1
Joinville/SC, 2022
Universidade Federal de Santa Catarina
Campus de Joinville
Centro Tecnológico de Joinville
EMB5006 – Química Tecnológica
Corrosão Metálica
Oxidação-Redução e
Potencial de Eletrodo
Corrosão
Metálica
2
 4. Corrosão Metálica
4.1 – Conceito e importância do estudo da corrosão.
4.2 – Eletroquímica.
4.3 – Equação de Nernst.
4.4 – Corrosão química, eletroquímica e eletrolítica.
4.5 – Formas de corrosão.
4.6 – Métodos de controle da corrosão.
Ementa
2
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
GENTIL, V. Corrosão. 6 ed. São Paulo:
LTC, 2011.
NUNES, L.P. Fundamentos de
Resistência à Corrosão. São Paulo:
Interciência, 2007.
GEMELLI, E. Corrosão de Materiais
Metálicos e Sua Caracterização. Rio de
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2001.
3
Bibliografia
Corrosão
Metálica
• OLIVEIRA, Antônio Roberto de. Corrosão e tratamento de
superfície - Belém: IFPA; Santa Maria: UFSM, 2012.104p.
Disponível em: http://proedu.rnp.br/handle/123456789/327.
Acesso em 06 dez 2020.
• ROBIN, Alain Laurent Marie. Apostila de Degradação e
Proteção de Materiais parte 1. EEL-USP. Disponível em:
<https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5840747/216/
ApostilaDPMparte1.pdf>. Acesso em: 13 ago. 2020.
• ROBIN, Alain Laurent Marie. Apostila de Degradação e
Proteção de Materiais - parte 2. EEL-USP. Disponível em:
<https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5840747/216/
ApostilaDPMparte2.pdf>. Acesso em: 13 ago. 2020.
4
Bibliografia
3
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica Introdução
5
Corrosão
Metálica
 Corrosão: deterioração de um material por uma ação
química ou eletroquímica provocada pelo ambiente.
 É um processo espontâneo
 Necessidade do emprego de mecanismos protetores
para evitar a destruição completa dos materiais.
 Corrosão = reação de superfície:
 Controle pelas propriedades do produto de corrosão
 Composto formado pode agir como barreira entre metal e
meio corrosivo
 O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da
produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu
baixo preço e dureza, especialmente empregado em
automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios.
Introdução
6
4
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
 Todos os metais estão sujeitos a corrosão se o meio
for suficientemente agressivo:
Au, Pt → água régia (HCl e HNO3)
Aços inoxidáveis → íons cloretos
Al → HCl, bases fortes, Hg
Ti → ácido fluorídrico (HF)
Cu e ligas → soluções amoniacais, HNO3
 Possibilidade de uso do material requer estudo do
conjunto material metálico, meio corrosivo e
condições operacionais
 Corrosão = Oxidação → estudo de eletroquímica!!
Introdução
7
Corrosão
Metálica
 Oxidação é o ganho de oxigênio por uma substância
Redução é a retirada de oxigênio de uma substância
 Exemplos:
2Fe + O2 → 2FeO (1)
4Al + 3O2 → 2Al2O3 (2) Oxidação
2CO + O2 → 2CO2 (3)
WO2 + 3H2 → W + 3H2O (4) Redução
Conceitos – Em termos de oxigênio
8
5
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
 Oxidação: perda de elétrons por uma espécie química
 Redução: ganho de elétrons por uma espécie química
 Exemplos:
Oxidação do Fe: Fe → Fe2+ + 2e-
Redução do Cl: Cl2 + 2e- → 2Cl-
 Perda ou ganho de elétrons: mudança das propriedades
das substâncias
Ex.: um metal oxidado/corroído perde resistência
 Equação geral da oxidação de metais:
Metal → Íon + número de elétrons perdidos
Conceitos – Em termos de elétrons
9
Corrosão
Metálica
 Oxidação é o aumento algébrico do Nox
 Redução é a diminuição algébrica do Nox
 Representação:
Redução
Nox … -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 …
Oxidação
 Nox: número de elétrons que o átomo perde ou ganha
na ligação iônica, ou que perderia ou ganharia numa
ligação covalente, se fossem transferidos para um
átomo mais eletronegativo.
Conceitos – Em termos de Nox
10
6
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
Oxidação
Ganho de oxigênio
Perda de elétrons
Aumento do número de oxidação
Resumo
11
Redução
Retirada de oxigênio
Ganho de elétrons
Diminuição do número de oxidação
Corrosão
Metálica
 Os números de oxidação são determinados por uma
série de regras:
 Se o átomo estiver em sua forma elementar, o
número de oxidação é zero. Por exemplo, Fe, Pb,
Cl2, H2, P4.
 O número de oxidação está entre N e N-8, onde N
representa o grupo em que o elemento está
colocado na classificação periódica;
 O número de oxidação do hidrogênio é, em geral
1+, exceto nos hidretos iônicos (NaH, CaH2), onde
é 1-.
12
Números de Oxidação - Nox
7
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
 Flúor é sempre 1- (F1-);
 Oxigênio é 2-. Há algumas exceções, como os
peróxidos (Na2O2,H2O2, etc), onde é 1-; e quando
ligado ao flúor, ficando 2+ (OF2)
 Os halogênios cloro, bromo e iodo tem número 1-;
menos quando ligados ao oxigênio, podendo ser 7+,
5+, 3+ e 1+.
 Em seus compostos, os metais têm sempre números
de oxidação positivo;
13
Números de Oxidação - Nox
Corrosão
Metálica
 Quando dois não-metais se combinam, o mais
eletronegativo tem número de oxidação negativo e
mais eletropositivo tem número de oxidação positivo;
 Em um composto a soma algébrica dos números de
oxidação total de seus elementos constituintes é zero
→ ∑ = 0.
 Em um íon, a soma algébrica dos números de
oxidação total de seus elementos constituintes é igual
a carga do íon;
14
Números de Oxidação - Nox
8
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
 Metais sozinhos = Fe, Pb, Al, Ag = 0
 Gases = O2, Cl2, N2, H2, I2 = 0
 Flúor = F = 1-
 Oxigênio = O = 2- (mais eletronegativo)
 Oxigênio = O = 1- (nos peróxidos  H2O2, Na2O2)
 Oxigênio = O = 1+ (ligado ao flúor  OF2)
 Hidrogênio = H = 1+ (menos eletronegativo  H2O)
 Hidrogênio = H = 1- (mais eletronegativo  NaH)
15
Nox - Resumo
Corrosão
Metálica
 Alcalinos (1A) = Li, Na, K, Rb, Cs, Fr = 1+
 Alcalinos terrosos (2A) = Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra = 2+
 Alumínio = Al = 3+
 Halogênios (17 ou 7A) = Cl, Br, I = 0 (quando gases)
 Halogênios (17 ou 7A) = Cl, Br, I = 1-
 Halogênios (17 ou 7A) = Cl, Br, I = (quando ligados ao
oxigênio podem ter cargas 7+, 5+, 3+ e 1+)
 Em seus compostos, os metais têm sempre números
de oxidação positivo;
16
Nox - Resumo
9
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Corrosão
Metálica
 Composto: soma algébrica do NOX de seus
elementos = 0
Ex.: CO2 → (4+) + 2.(2-) = 0
 Íon: soma algébrica do NOX de seus elementos =
carga do íon
Ex.: (CO3)2- → (4+) + 3.(2-) = -2
 Quando o composto apresentar diversos átomos de
um mesmo elemento, deve-se levar em consideração
a estrutura do composto.
Determinação do Nox
17
Corrosão
Metálica
 Qual o NOX do cloro nestes dois compostos?
HClO4 e HClO
18
Determinação do Nox
HClO4
2-
1+ X
1.(1+) + 1.(X) + 4.(2-) = 0
1 + 1X – 8 = 0
X = 7+
HClO
1.(1+) + 1.(X) + 1.(2-) = 0
1 + 1X – 2 = 0
X = 1+
2-
1+ X
HCl = ácido clorídrico (Cl = 1-)
HClO = ácido hipocloroso (Cl = 1+)
HClO2 = ácido cloroso (Cl = 3+)
HClO3 = ácido clórico (Cl = 5+)
HClO4 = ácido perclórico (Cl = 7+)
10
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Corrosão
Metálica
 Qual o NOX do enxofre nestes dois compostos?
H2SO3 e H2SO4
Ex.: H2SO3 → 2(1+) + X + 3(2-) = 0
2 + X - 6 = 0
X = + 6 - 2  X = 4+
H2SO4 → 2(1+) + X + 4(2-) = 0
2 + X - 8 = 0
X = + 8 - 2  X = 6+
 E nestes dois: HNO3 e HNO2?
19
Determinação do Nox
2-
1+ X
2-
1+ X
Corrosão
Metálica
 Fe
 H2O
 H2O2
 HCl
 HClO4
 HClO
 HNO3
 H2SO3
 H2SO4
 H3PO4
 K2Cr2O7
 K3[Fe(CN)6]
 K4[Fe(CN)6]
 Cu(SO4).5H2O
 (SO4)2-
 (NO3)1-
 (PO4)3-
 [Fe(CN)6]3-
20
Números de Oxidação - Nox
11
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Corrosão
Metálica
H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O
21
Balanceamento por Oxirredução
2- 2- 2- 2- 2-
1+ 1+
X
H2C2O4
2-
1+ X
2.(1+) + 2.(X) + 4.(2-) = 0
2 + 2X – 8 = 0
X = 3+
KMnO4
1.(1+) + 1.(X) + 4.(2-) = 0
1+ X – 8 = 0
X = 7+
2-
1+ X
1+ X 2-
4+ 2+ 1+
Exemplo 2:
H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O
Corrosão
Metálica
Para o C: 1e-.2 = 2e-.5 = 10e-
H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O
22
Balanceamento por Oxirredução
2- 2- 2- 2- 2-
1+ 1+
3+ 1+ 7+ 2-
4+ 2+ 1+
3+ 7+ 2+
4+
3+ : 4+ : perdeu 1e-  oxidou
7+ : 2+ : ganhou 5e-  reduziu
Para o Mn: 5e-.1 = 5e-.2 = 10e-
H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O
Agente oxidante: KMnO4
Agente redutor: H2C2O4
12
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Corrosão
Metálica
Para o C: 1e-.2 = 2e-.5 = 10e-  5 na frente do Carbono
H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O
23
Balanceamento por Oxi-redução
Para o Mn: 5e-.1 = 5e-.2 = 10e-  2 na frente do Manganês
5 2 10 2 1 5
Oxigênio: 20 + 8 = 28 Oxigênio: 20 + 2 + 1 + 5 = 28
Balanceamento por tentativas:
Corrosão
Metálica
Cd + NiO2 + H2O → Cd(OH)2 + Ni(OH)2
24
Balanceamento por Oxirredução
0 2+
Ânion: (O H )
2- 1+ 1-
1-
2- 2-
4+ 1+ 1-
Cd + NiO2 + H2O → Cd(OH)2 + Ni(OH)2
0 4+
2+
2+
2+
0 : 2+ : perdeu 2e-  oxidou
4+ : 2+ : ganhou 2e-  reduziu
Para o Cd: 2e-.1 = 2e-.1 = 2e-
Para o Ni: 2e-.1 = 2e-.1 = 2e-
Número de átomos
do elemento
Números para iniciar o
balanceamento por tentativas
Agente oxidante: NiO2
Agente redutor: Cd
Exemplo 1:
13
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Corrosão
Metálica
1 Cd + 1 NiO2 + 2 H2O → 1 Cd(OH)2 + 1 Ni(OH)2
25
Balanceamento por Oxirredução
Para o Cd: 2e-.1 = 2e-.1 = 2e-  1 na frente do Cádmio
Para o Ni: 2e-.1 = 2e-.1 = 2e-  1 na frente do Níquel
Balanceamento por tentativas:
Corrosão
Metálica
Mecanismo das Reações Redox
Potencial de Eletrodo
14
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Corrosão
Metálica
 Reações redox ocorrem por transferência de elétrons
Exemplo: ataque de zinco por ácido.
Qual a equação iônica de oxidação-redução?
Zn
o
 Zn2+ + 2e- (equação de oxidação)
2H+ + 2e-  H2 (equação de redução)
______________________________________
Zn
o
+ 2H+  Zn2+ + H2
o
(equação iônica redox)
27
Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2 (equação total)
Barra de zinco (Zn)
Solução
de HCl
H2
Zn2+
Zn2+
Zn2+
H+
H+
H+
H+
Cl-
Cl-
Mecanismo das Reações Redox
Corrosão
Metálica
 Ex.: experiência para verificação de transferência de
elétrons → reação de Mg com H2SO4
28
Mg
o
 Mg2+ + 2e- (equação de oxidação)
2H+ + 2e-  H2 (equação de redução)
______________________________________
Mg
o
+ 2H+  Mg2+ + H2
o
(equação iônica de redox)
Mg + H2SO4  MgSO4 + H2 (equação total)
Fita de magnésio
(Mg)
Solução
de H2SO4
H2
Mg2+ + 2e-
H2
Mecanismo das Reações Redox
15
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Corrosão
Metálica
 Para que se tenha previsão dos processos corrosivos,
há a necessidade de saber essa “tendência”, ou seja,
de dispor os metais existentes em ordem preferencial
de CESSÃO DE ELÉTRONS (oxidação)
↓
ORDEM DE POTENCIAIS DE ELETRODO (TABELAS)
 O que vai determinar a reação será a DIFERENÇA
DE POTENCIAL “ELETROQUÍMICO” DOS
MATERIAIS
29
Diferença de Potencial
Corrosão
Metálica
 Potencial do eletrodo (E):
 Mostra a tendência de uma reação se processar, bem
como a facilidade dos átomos do ânodo (em geral o
eletrodo metálico) perder elétrons (oxidar/corroer) e
dos íons da solução de receber elétrons (reduzir)
 Potencial do eletrodo (E): potencial que o metal tem
para formar uma pilha, ou seja, para ocorrer uma
reação de oxirredução
30
Potencial de Eletrodo
16
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Corrosão
Metálica
 Potencial do eletrodo padrão (Eo):
 É a diferença de potencial (em Volts) entre o
elemento e uma solução 1M de seus íons em
relação ao eletrodo padrão de H2
 E: difícil de medir sem uma referência
 Eletrodo padrão de H2: é um eletrodo utilizado para a
medição do E de um metal:
 Constrói-se uma pilha com H2 e o metal
 Considera-se o E do H2 como “zero” e a ddp formada pela
pilha será o Eo do metal
31
Potencial de Eletrodo
Corrosão
Metálica
 Por ex.: formada uma pilha entre uma barra de Zn
imerso em ZnSO4 [1M] ligada a uma pilha padrão de
H2 inserido em uma solução ácida (H+) [1M]
32
Potencial de Eletrodo
17
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Corrosão
Metálica
 O Zn é oxidado, pois o H2 é
agente oxidante e tem E = 0
 Com um voltímetro mede-se
a transferência de eletricidade
entre os eletrodos de Zn e H2
 Como resultado tem-se: V = 0,763 V
 O potencial total da pilha é dado por:
Epilha = Eo
ânodo – Eo
cátodo
0,763 V = Eo
Zn - 0
Eo
Zn = 0,763 V
33
Potencial de Eletrodo
Corrosão
Metálica
Tabela dos
Potenciais de
eletrodo padrão
(Eo)
Eo de oxidação = +1,18 V
Eo de redução = -1,18 V
*convenção de sinais IUPAC
18
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Corrosão
Metálica
 Se é formada uma pilha entre dois metais e uma solução
eletrolítica, quem sofrerá corrosão??
 Resposta: quem tiver o potencial de oxidação maior!!
 Generalizando a equação de potenciais-padrões de
redução para qualquer reação redox, tomando por base o
E°red, temos:
E = E°red (reduz) - E°red (oxida)
E = E°red (cátodo) - E°red (ânodo)
 Se E > 0  processo espontâneo.
 Se E < 0  processo não espontâneo.
35
Potencial de Eletrodo
Corrosão
Metálica
36
Pilha de Daniell
Pilha formada por Zinco e Cobre
19
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Corrosão
Metálica
37
Pilha de Daniell
Cu0  Cu2+ + 2e-
Zn0  Zn2+ + 2e-
Corrosão
Metálica
38
Pilha de Daniell
Cu0  Cu2+ + 2e-
Zn0  Zn2+ + 2e-
Qual placa vai oxidar? Ser corroída?
Qual placa vai reduzir? Ganhar massa?
20
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Corrosão
Metálica
 Exemplo:
Pilha de Daniel
Zn e Cu
Potencial de Eletrodo
Corrosão
Metálica
40
Pilha de Daniell
Zn2+ + 2e-  Zn0 Ered = - 0,763 V
Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V
IUPAC recomenda trabalhar com E redução.
21
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Corrosão
Metálica
41
Pilha de Daniell
Zn2+ + 2e-  Zn0 Ered = - 0,763 V
Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V
IUPAC recomenda trabalhar com E redução.
Se um dos metais reduz (ganha elétrons), o outro
precisa oxidar (perder elétrons)
O metal que tem o maior potencial de redução, reduz,
portanto, o outro oxida.
Zn0  Zn2+ + 2e- Eoxi = + 0,763 V (sinal invertido)
Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V
Corrosão
Metálica
42
Pilha de Daniell
Zn0  Zn2+ + 2e- Eoxi = + 0,763 V
Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V
Zn0 + Cu2+  Zn2+ + Cu0 ddp = + 1,100 V
1. Cálculo da ddp (∆E) com as semi-reações:
Duas formas de calcular a diferença de potencial da pilha:
Zn2+ + 2e-  Zn0 Ered = - 0,763 V
Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V
Invertendo a reação de oxidação, temos:
(ânodo)
(cátodo)
22
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Corrosão
Metálica
43
Pilha de Daniell
2. Utilizando a equação:
Duas formas de calcular a diferença de potencial da pilha:
Zn2+ + 2e-  Zn0 Ered = - 0,763 V
Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V
Os valores do potencial são sempre de redução.
á â
, ,
(ânodo)
(cátodo)
,
Corrosão
Metálica
44
Pilha de Daniell
Eletrodo com Ered menor sofre oxidação  É o ânodo da pilha
Eletrodo com Ered maior sofre redução  É o cátodo da pilha
Zn0  Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e-  Cu0
23
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Corrosão
Metálica
45
Pilha de Daniell
Zn/Zn2+(1M)//Cu2+(1M)/Cu (25 oC, 1 atm)
Ânodo // Cátodo
Zn0  Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e-  Cu0
Corrosão
Metálica
46
Pilha de Daniell
Zn/Zn2+(0,1M, 25 oC,1 atm)//Cu2+(1M, 18 oC, 1 atm)/Cu
Ânodo // Cátodo
Zn0  Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e-  Cu0
24
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Corrosão
Metálica
 Exemplo:
Fe2+ e Au3+
∆E = 1,94 V
47
Potencial de Eletrodo
Corrosão
Metálica
48
Cálculo da ddp (∆E)
Fe0  Fe2+ + 2e- Eoxi = + 0,440 V
Au3+ + 3e-  Au0 Ered = + 1,500 V
3 Fe0 + 2 Au3+  3 Fe2+ + 2 Au0 ddp = + 1,940 V
Fe2+ + 2e-  Fe0 Ered = - 0,440 V
2 Au3+ + 6e-  2 Au0 Ered = + 1,500 V
Au3+ + 3e-  Au0 Ered = + 1,500 V
Invertendo a reação de oxidação:
Multiplica-se os elementos para igualar os elétrons
3 Fe0  3 Fe2+ + 6e- Eoxi = + 0,440 V
1. Cálculo da ddp (∆E) com as semi-reações.
25
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Corrosão
Metálica
49
2. Utilizando a equação:
Os valores do potencial são sempre de redução.
á â
, ,
,
Cálculo da ddp (∆E)
Fe2+ + 2e-  Fe0 Ered = - 0,440 V
Au3+ + 3e-  Au0 Ered = + 1,500 V
Corrosão
Metálica
 Limitações do uso da tabela:
 Indica a possibilidade de reação, ou seja, quem
oxida/reduz quem. Mas não diz a velocidade que
acontece, ou seja, a CINÉTICA DA REAÇÃO
 A tabela foi estabelecida em condições
padronizadas (soluções 1M, T = 25 oC, P = 1 atm).
Se as condições mudarem, os valores serão
alterados
 Outra alternativa: cálculo através da Equação de
Nernst
50
Potencial de Eletrodo
26
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Corrosão
Metálica
Onde:
E = potencial real [Volt]
E0 = potencial padrão [Volt]
R = cte dos gases ideais
8,314 [J/K.mol]
T = temperatura [K]
n = número de elétrons
(modificação do NOX ou
número de elétrons
ganhos pelo oxidante)
F = cte de Faraday = 96500
Coulombs
a = atividade do estado
reduzido e atividade do
estado oxidado
Sendo: ln = 2,303 log
Equação de Nernst
51
, .
, !
" #$. %&'
" #$. ()*
%
+
" #$. %&'
" #$. ()*
Corrosão
Metálica
Equação de Nernst – Casos:
52
Assim, para 25 oC e 1 atm:
Para soluções muito diluídas,
, . ,
, !
" #$. %&'
" #$. ()*
,
!
" #$. %&'
" #$. ()*
,
!
,-./
Para 25 oC  298,15 K:
Para soluções com concentração 1 M
,
! →
27
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Corrosão
Metálica
n  tabela  Cu2+ + 2e Cu0  n = 2
Exercício:
Usando a equação de Nernst determine o potencial do
eletrodo de Cu imerso em uma solução 0,01 M (muito
diluída) de Cu2+ a T= 30 oC?
[M+] = 0,01 M
Equação de Nernst
E0  tabela (potencial de redução) 0,337 V
53
, 1
, !
,2./
T = 30 oC = 30 +273,15 = 303,15 K
Corrosão
Metálica
n = 2
Exercício:
Usando a equação de Nernst determine o potencial do
eletrodo de Cu imerso em uma solução 0,01 M (muito
diluída) de Cu2+ a T= 30 oC?
T = 303,15 K
[M+] = 0,01 M
Equação de Nernst
E0 = + 0,337 V
54
, 1
, !
,2./
,
, ,
, !
,
, , ! 3
, , .
,
28
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
 O potencial do eletrodo, agindo reversivelmente, está
associado à variação da ENERGIA LIVRE DE GIBBS
(ΔG)
 Conceito TERMODINÂMICO!
 Definição: ΔGo = -nFE
 Através da ΔGo pode-se prever a possibilidade de
ocorrer determinadas reações:
ΔGo < 0  reação é espontânea
ΔGo > 0  reação não é espontânea
ΔGo = 0  reação não ocorre (equilíbrio)
55
Espontaneidade das Reações
Corrosão
Metálica
 Exemplo:
 Pilha de Daniel
Zn e Cu
∆E = + 1,10 V
Espontaneidade das Reações
29
UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica
Corrosão
Metálica
 Assim: Exemplo:
Zn2+
(aq) + Cu(s)  Zn(s) + Cu2+
(aq)
com:
Ecel = +1,10 V
 Calculando a espontaneidade:
ΔGo = -n F Δ Eo = -2 mol . 96485 J.V-1.mol-1
* 1,10 V
ΔGo = - 212,267 kJ/mol  reação espontânea
Espontaneidade das Reações
57
Corrosão
Metálica
Mg2+ + 2e-  Mg E0
red = -2,370 V
Al3+ + 3e-  Al E0
red = -1,660 V
Ti2+ + 2e-  Ti E0
red = -1,630 V
Mn2+ + 2e-  Mn E0
red = -1,180 V
Zn2+ + 2e-  Zn E0
red = -0,763 V
Fe2+ + 2e-  Fe E0
red = -0,440 V
Cd2+ + 2e-  Cd E0
red = -0,403 V
Ni2+ + 2e-  Ni E0
red = -0,250 V
58
Potencial de Eletrodo – Lista
ΔGo = -n F ΔEo
F = 96500 C
Sn2+ + 2e-  Sn E0
red = -0,136 V
Pb2+ + 2e-  Pb E0
red = -0,126 V
2H+ + 2e-  H2 E0
red = -0,000 V
Cu2+ + 2e-  Cu E0
red = +0,337 V
Cu+ + 1e-  Cu E0
red = +0,521 V
Ag+ + e-  Ag E0
red = +0,799 V
Au3+ + 3e-  Au E0
red = +1,500 V
[ ]
+
= −
0 8 314 1
2 303
96500
, T
E E , log
n M

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  • 1. 1 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica 1 Joinville/SC, 2022 Universidade Federal de Santa Catarina Campus de Joinville Centro Tecnológico de Joinville EMB5006 – Química Tecnológica Corrosão Metálica Oxidação-Redução e Potencial de Eletrodo Corrosão Metálica 2  4. Corrosão Metálica 4.1 – Conceito e importância do estudo da corrosão. 4.2 – Eletroquímica. 4.3 – Equação de Nernst. 4.4 – Corrosão química, eletroquímica e eletrolítica. 4.5 – Formas de corrosão. 4.6 – Métodos de controle da corrosão. Ementa
  • 2. 2 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica GENTIL, V. Corrosão. 6 ed. São Paulo: LTC, 2011. NUNES, L.P. Fundamentos de Resistência à Corrosão. São Paulo: Interciência, 2007. GEMELLI, E. Corrosão de Materiais Metálicos e Sua Caracterização. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2001. 3 Bibliografia Corrosão Metálica • OLIVEIRA, Antônio Roberto de. Corrosão e tratamento de superfície - Belém: IFPA; Santa Maria: UFSM, 2012.104p. Disponível em: http://proedu.rnp.br/handle/123456789/327. Acesso em 06 dez 2020. • ROBIN, Alain Laurent Marie. Apostila de Degradação e Proteção de Materiais parte 1. EEL-USP. Disponível em: <https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5840747/216/ ApostilaDPMparte1.pdf>. Acesso em: 13 ago. 2020. • ROBIN, Alain Laurent Marie. Apostila de Degradação e Proteção de Materiais - parte 2. EEL-USP. Disponível em: <https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5840747/216/ ApostilaDPMparte2.pdf>. Acesso em: 13 ago. 2020. 4 Bibliografia
  • 3. 3 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica Introdução 5 Corrosão Metálica  Corrosão: deterioração de um material por uma ação química ou eletroquímica provocada pelo ambiente.  É um processo espontâneo  Necessidade do emprego de mecanismos protetores para evitar a destruição completa dos materiais.  Corrosão = reação de superfície:  Controle pelas propriedades do produto de corrosão  Composto formado pode agir como barreira entre metal e meio corrosivo  O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu baixo preço e dureza, especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios. Introdução 6
  • 4. 4 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Todos os metais estão sujeitos a corrosão se o meio for suficientemente agressivo: Au, Pt → água régia (HCl e HNO3) Aços inoxidáveis → íons cloretos Al → HCl, bases fortes, Hg Ti → ácido fluorídrico (HF) Cu e ligas → soluções amoniacais, HNO3  Possibilidade de uso do material requer estudo do conjunto material metálico, meio corrosivo e condições operacionais  Corrosão = Oxidação → estudo de eletroquímica!! Introdução 7 Corrosão Metálica  Oxidação é o ganho de oxigênio por uma substância Redução é a retirada de oxigênio de uma substância  Exemplos: 2Fe + O2 → 2FeO (1) 4Al + 3O2 → 2Al2O3 (2) Oxidação 2CO + O2 → 2CO2 (3) WO2 + 3H2 → W + 3H2O (4) Redução Conceitos – Em termos de oxigênio 8
  • 5. 5 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Oxidação: perda de elétrons por uma espécie química  Redução: ganho de elétrons por uma espécie química  Exemplos: Oxidação do Fe: Fe → Fe2+ + 2e- Redução do Cl: Cl2 + 2e- → 2Cl-  Perda ou ganho de elétrons: mudança das propriedades das substâncias Ex.: um metal oxidado/corroído perde resistência  Equação geral da oxidação de metais: Metal → Íon + número de elétrons perdidos Conceitos – Em termos de elétrons 9 Corrosão Metálica  Oxidação é o aumento algébrico do Nox  Redução é a diminuição algébrica do Nox  Representação: Redução Nox … -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 … Oxidação  Nox: número de elétrons que o átomo perde ou ganha na ligação iônica, ou que perderia ou ganharia numa ligação covalente, se fossem transferidos para um átomo mais eletronegativo. Conceitos – Em termos de Nox 10
  • 6. 6 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica Oxidação Ganho de oxigênio Perda de elétrons Aumento do número de oxidação Resumo 11 Redução Retirada de oxigênio Ganho de elétrons Diminuição do número de oxidação Corrosão Metálica  Os números de oxidação são determinados por uma série de regras:  Se o átomo estiver em sua forma elementar, o número de oxidação é zero. Por exemplo, Fe, Pb, Cl2, H2, P4.  O número de oxidação está entre N e N-8, onde N representa o grupo em que o elemento está colocado na classificação periódica;  O número de oxidação do hidrogênio é, em geral 1+, exceto nos hidretos iônicos (NaH, CaH2), onde é 1-. 12 Números de Oxidação - Nox
  • 7. 7 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Flúor é sempre 1- (F1-);  Oxigênio é 2-. Há algumas exceções, como os peróxidos (Na2O2,H2O2, etc), onde é 1-; e quando ligado ao flúor, ficando 2+ (OF2)  Os halogênios cloro, bromo e iodo tem número 1-; menos quando ligados ao oxigênio, podendo ser 7+, 5+, 3+ e 1+.  Em seus compostos, os metais têm sempre números de oxidação positivo; 13 Números de Oxidação - Nox Corrosão Metálica  Quando dois não-metais se combinam, o mais eletronegativo tem número de oxidação negativo e mais eletropositivo tem número de oxidação positivo;  Em um composto a soma algébrica dos números de oxidação total de seus elementos constituintes é zero → ∑ = 0.  Em um íon, a soma algébrica dos números de oxidação total de seus elementos constituintes é igual a carga do íon; 14 Números de Oxidação - Nox
  • 8. 8 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Metais sozinhos = Fe, Pb, Al, Ag = 0  Gases = O2, Cl2, N2, H2, I2 = 0  Flúor = F = 1-  Oxigênio = O = 2- (mais eletronegativo)  Oxigênio = O = 1- (nos peróxidos  H2O2, Na2O2)  Oxigênio = O = 1+ (ligado ao flúor  OF2)  Hidrogênio = H = 1+ (menos eletronegativo  H2O)  Hidrogênio = H = 1- (mais eletronegativo  NaH) 15 Nox - Resumo Corrosão Metálica  Alcalinos (1A) = Li, Na, K, Rb, Cs, Fr = 1+  Alcalinos terrosos (2A) = Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra = 2+  Alumínio = Al = 3+  Halogênios (17 ou 7A) = Cl, Br, I = 0 (quando gases)  Halogênios (17 ou 7A) = Cl, Br, I = 1-  Halogênios (17 ou 7A) = Cl, Br, I = (quando ligados ao oxigênio podem ter cargas 7+, 5+, 3+ e 1+)  Em seus compostos, os metais têm sempre números de oxidação positivo; 16 Nox - Resumo
  • 9. 9 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Composto: soma algébrica do NOX de seus elementos = 0 Ex.: CO2 → (4+) + 2.(2-) = 0  Íon: soma algébrica do NOX de seus elementos = carga do íon Ex.: (CO3)2- → (4+) + 3.(2-) = -2  Quando o composto apresentar diversos átomos de um mesmo elemento, deve-se levar em consideração a estrutura do composto. Determinação do Nox 17 Corrosão Metálica  Qual o NOX do cloro nestes dois compostos? HClO4 e HClO 18 Determinação do Nox HClO4 2- 1+ X 1.(1+) + 1.(X) + 4.(2-) = 0 1 + 1X – 8 = 0 X = 7+ HClO 1.(1+) + 1.(X) + 1.(2-) = 0 1 + 1X – 2 = 0 X = 1+ 2- 1+ X HCl = ácido clorídrico (Cl = 1-) HClO = ácido hipocloroso (Cl = 1+) HClO2 = ácido cloroso (Cl = 3+) HClO3 = ácido clórico (Cl = 5+) HClO4 = ácido perclórico (Cl = 7+)
  • 10. 10 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Qual o NOX do enxofre nestes dois compostos? H2SO3 e H2SO4 Ex.: H2SO3 → 2(1+) + X + 3(2-) = 0 2 + X - 6 = 0 X = + 6 - 2  X = 4+ H2SO4 → 2(1+) + X + 4(2-) = 0 2 + X - 8 = 0 X = + 8 - 2  X = 6+  E nestes dois: HNO3 e HNO2? 19 Determinação do Nox 2- 1+ X 2- 1+ X Corrosão Metálica  Fe  H2O  H2O2  HCl  HClO4  HClO  HNO3  H2SO3  H2SO4  H3PO4  K2Cr2O7  K3[Fe(CN)6]  K4[Fe(CN)6]  Cu(SO4).5H2O  (SO4)2-  (NO3)1-  (PO4)3-  [Fe(CN)6]3- 20 Números de Oxidação - Nox
  • 11. 11 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O 21 Balanceamento por Oxirredução 2- 2- 2- 2- 2- 1+ 1+ X H2C2O4 2- 1+ X 2.(1+) + 2.(X) + 4.(2-) = 0 2 + 2X – 8 = 0 X = 3+ KMnO4 1.(1+) + 1.(X) + 4.(2-) = 0 1+ X – 8 = 0 X = 7+ 2- 1+ X 1+ X 2- 4+ 2+ 1+ Exemplo 2: H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O Corrosão Metálica Para o C: 1e-.2 = 2e-.5 = 10e- H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O 22 Balanceamento por Oxirredução 2- 2- 2- 2- 2- 1+ 1+ 3+ 1+ 7+ 2- 4+ 2+ 1+ 3+ 7+ 2+ 4+ 3+ : 4+ : perdeu 1e-  oxidou 7+ : 2+ : ganhou 5e-  reduziu Para o Mn: 5e-.1 = 5e-.2 = 10e- H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O Agente oxidante: KMnO4 Agente redutor: H2C2O4
  • 12. 12 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica Para o C: 1e-.2 = 2e-.5 = 10e-  5 na frente do Carbono H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + MnO + K2O + H2O 23 Balanceamento por Oxi-redução Para o Mn: 5e-.1 = 5e-.2 = 10e-  2 na frente do Manganês 5 2 10 2 1 5 Oxigênio: 20 + 8 = 28 Oxigênio: 20 + 2 + 1 + 5 = 28 Balanceamento por tentativas: Corrosão Metálica Cd + NiO2 + H2O → Cd(OH)2 + Ni(OH)2 24 Balanceamento por Oxirredução 0 2+ Ânion: (O H ) 2- 1+ 1- 1- 2- 2- 4+ 1+ 1- Cd + NiO2 + H2O → Cd(OH)2 + Ni(OH)2 0 4+ 2+ 2+ 2+ 0 : 2+ : perdeu 2e-  oxidou 4+ : 2+ : ganhou 2e-  reduziu Para o Cd: 2e-.1 = 2e-.1 = 2e- Para o Ni: 2e-.1 = 2e-.1 = 2e- Número de átomos do elemento Números para iniciar o balanceamento por tentativas Agente oxidante: NiO2 Agente redutor: Cd Exemplo 1:
  • 13. 13 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica 1 Cd + 1 NiO2 + 2 H2O → 1 Cd(OH)2 + 1 Ni(OH)2 25 Balanceamento por Oxirredução Para o Cd: 2e-.1 = 2e-.1 = 2e-  1 na frente do Cádmio Para o Ni: 2e-.1 = 2e-.1 = 2e-  1 na frente do Níquel Balanceamento por tentativas: Corrosão Metálica Mecanismo das Reações Redox Potencial de Eletrodo
  • 14. 14 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Reações redox ocorrem por transferência de elétrons Exemplo: ataque de zinco por ácido. Qual a equação iônica de oxidação-redução? Zn o  Zn2+ + 2e- (equação de oxidação) 2H+ + 2e-  H2 (equação de redução) ______________________________________ Zn o + 2H+  Zn2+ + H2 o (equação iônica redox) 27 Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2 (equação total) Barra de zinco (Zn) Solução de HCl H2 Zn2+ Zn2+ Zn2+ H+ H+ H+ H+ Cl- Cl- Mecanismo das Reações Redox Corrosão Metálica  Ex.: experiência para verificação de transferência de elétrons → reação de Mg com H2SO4 28 Mg o  Mg2+ + 2e- (equação de oxidação) 2H+ + 2e-  H2 (equação de redução) ______________________________________ Mg o + 2H+  Mg2+ + H2 o (equação iônica de redox) Mg + H2SO4  MgSO4 + H2 (equação total) Fita de magnésio (Mg) Solução de H2SO4 H2 Mg2+ + 2e- H2 Mecanismo das Reações Redox
  • 15. 15 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Para que se tenha previsão dos processos corrosivos, há a necessidade de saber essa “tendência”, ou seja, de dispor os metais existentes em ordem preferencial de CESSÃO DE ELÉTRONS (oxidação) ↓ ORDEM DE POTENCIAIS DE ELETRODO (TABELAS)  O que vai determinar a reação será a DIFERENÇA DE POTENCIAL “ELETROQUÍMICO” DOS MATERIAIS 29 Diferença de Potencial Corrosão Metálica  Potencial do eletrodo (E):  Mostra a tendência de uma reação se processar, bem como a facilidade dos átomos do ânodo (em geral o eletrodo metálico) perder elétrons (oxidar/corroer) e dos íons da solução de receber elétrons (reduzir)  Potencial do eletrodo (E): potencial que o metal tem para formar uma pilha, ou seja, para ocorrer uma reação de oxirredução 30 Potencial de Eletrodo
  • 16. 16 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Potencial do eletrodo padrão (Eo):  É a diferença de potencial (em Volts) entre o elemento e uma solução 1M de seus íons em relação ao eletrodo padrão de H2  E: difícil de medir sem uma referência  Eletrodo padrão de H2: é um eletrodo utilizado para a medição do E de um metal:  Constrói-se uma pilha com H2 e o metal  Considera-se o E do H2 como “zero” e a ddp formada pela pilha será o Eo do metal 31 Potencial de Eletrodo Corrosão Metálica  Por ex.: formada uma pilha entre uma barra de Zn imerso em ZnSO4 [1M] ligada a uma pilha padrão de H2 inserido em uma solução ácida (H+) [1M] 32 Potencial de Eletrodo
  • 17. 17 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  O Zn é oxidado, pois o H2 é agente oxidante e tem E = 0  Com um voltímetro mede-se a transferência de eletricidade entre os eletrodos de Zn e H2  Como resultado tem-se: V = 0,763 V  O potencial total da pilha é dado por: Epilha = Eo ânodo – Eo cátodo 0,763 V = Eo Zn - 0 Eo Zn = 0,763 V 33 Potencial de Eletrodo Corrosão Metálica Tabela dos Potenciais de eletrodo padrão (Eo) Eo de oxidação = +1,18 V Eo de redução = -1,18 V *convenção de sinais IUPAC
  • 18. 18 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Se é formada uma pilha entre dois metais e uma solução eletrolítica, quem sofrerá corrosão??  Resposta: quem tiver o potencial de oxidação maior!!  Generalizando a equação de potenciais-padrões de redução para qualquer reação redox, tomando por base o E°red, temos: E = E°red (reduz) - E°red (oxida) E = E°red (cátodo) - E°red (ânodo)  Se E > 0  processo espontâneo.  Se E < 0  processo não espontâneo. 35 Potencial de Eletrodo Corrosão Metálica 36 Pilha de Daniell Pilha formada por Zinco e Cobre
  • 19. 19 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica 37 Pilha de Daniell Cu0  Cu2+ + 2e- Zn0  Zn2+ + 2e- Corrosão Metálica 38 Pilha de Daniell Cu0  Cu2+ + 2e- Zn0  Zn2+ + 2e- Qual placa vai oxidar? Ser corroída? Qual placa vai reduzir? Ganhar massa?
  • 20. 20 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Exemplo: Pilha de Daniel Zn e Cu Potencial de Eletrodo Corrosão Metálica 40 Pilha de Daniell Zn2+ + 2e-  Zn0 Ered = - 0,763 V Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V IUPAC recomenda trabalhar com E redução.
  • 21. 21 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica 41 Pilha de Daniell Zn2+ + 2e-  Zn0 Ered = - 0,763 V Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V IUPAC recomenda trabalhar com E redução. Se um dos metais reduz (ganha elétrons), o outro precisa oxidar (perder elétrons) O metal que tem o maior potencial de redução, reduz, portanto, o outro oxida. Zn0  Zn2+ + 2e- Eoxi = + 0,763 V (sinal invertido) Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V Corrosão Metálica 42 Pilha de Daniell Zn0  Zn2+ + 2e- Eoxi = + 0,763 V Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V Zn0 + Cu2+  Zn2+ + Cu0 ddp = + 1,100 V 1. Cálculo da ddp (∆E) com as semi-reações: Duas formas de calcular a diferença de potencial da pilha: Zn2+ + 2e-  Zn0 Ered = - 0,763 V Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V Invertendo a reação de oxidação, temos: (ânodo) (cátodo)
  • 22. 22 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica 43 Pilha de Daniell 2. Utilizando a equação: Duas formas de calcular a diferença de potencial da pilha: Zn2+ + 2e-  Zn0 Ered = - 0,763 V Cu2+ + 2e-  Cu0 Ered = + 0,337 V Os valores do potencial são sempre de redução. á â , , (ânodo) (cátodo) , Corrosão Metálica 44 Pilha de Daniell Eletrodo com Ered menor sofre oxidação  É o ânodo da pilha Eletrodo com Ered maior sofre redução  É o cátodo da pilha Zn0  Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e-  Cu0
  • 23. 23 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica 45 Pilha de Daniell Zn/Zn2+(1M)//Cu2+(1M)/Cu (25 oC, 1 atm) Ânodo // Cátodo Zn0  Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e-  Cu0 Corrosão Metálica 46 Pilha de Daniell Zn/Zn2+(0,1M, 25 oC,1 atm)//Cu2+(1M, 18 oC, 1 atm)/Cu Ânodo // Cátodo Zn0  Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e-  Cu0
  • 24. 24 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Exemplo: Fe2+ e Au3+ ∆E = 1,94 V 47 Potencial de Eletrodo Corrosão Metálica 48 Cálculo da ddp (∆E) Fe0  Fe2+ + 2e- Eoxi = + 0,440 V Au3+ + 3e-  Au0 Ered = + 1,500 V 3 Fe0 + 2 Au3+  3 Fe2+ + 2 Au0 ddp = + 1,940 V Fe2+ + 2e-  Fe0 Ered = - 0,440 V 2 Au3+ + 6e-  2 Au0 Ered = + 1,500 V Au3+ + 3e-  Au0 Ered = + 1,500 V Invertendo a reação de oxidação: Multiplica-se os elementos para igualar os elétrons 3 Fe0  3 Fe2+ + 6e- Eoxi = + 0,440 V 1. Cálculo da ddp (∆E) com as semi-reações.
  • 25. 25 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica 49 2. Utilizando a equação: Os valores do potencial são sempre de redução. á â , , , Cálculo da ddp (∆E) Fe2+ + 2e-  Fe0 Ered = - 0,440 V Au3+ + 3e-  Au0 Ered = + 1,500 V Corrosão Metálica  Limitações do uso da tabela:  Indica a possibilidade de reação, ou seja, quem oxida/reduz quem. Mas não diz a velocidade que acontece, ou seja, a CINÉTICA DA REAÇÃO  A tabela foi estabelecida em condições padronizadas (soluções 1M, T = 25 oC, P = 1 atm). Se as condições mudarem, os valores serão alterados  Outra alternativa: cálculo através da Equação de Nernst 50 Potencial de Eletrodo
  • 26. 26 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica Onde: E = potencial real [Volt] E0 = potencial padrão [Volt] R = cte dos gases ideais 8,314 [J/K.mol] T = temperatura [K] n = número de elétrons (modificação do NOX ou número de elétrons ganhos pelo oxidante) F = cte de Faraday = 96500 Coulombs a = atividade do estado reduzido e atividade do estado oxidado Sendo: ln = 2,303 log Equação de Nernst 51 , . , ! " #$. %&' " #$. ()* % + " #$. %&' " #$. ()* Corrosão Metálica Equação de Nernst – Casos: 52 Assim, para 25 oC e 1 atm: Para soluções muito diluídas, , . , , ! " #$. %&' " #$. ()* , ! " #$. %&' " #$. ()* , ! ,-./ Para 25 oC  298,15 K: Para soluções com concentração 1 M , ! →
  • 27. 27 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica n  tabela  Cu2+ + 2e Cu0  n = 2 Exercício: Usando a equação de Nernst determine o potencial do eletrodo de Cu imerso em uma solução 0,01 M (muito diluída) de Cu2+ a T= 30 oC? [M+] = 0,01 M Equação de Nernst E0  tabela (potencial de redução) 0,337 V 53 , 1 , ! ,2./ T = 30 oC = 30 +273,15 = 303,15 K Corrosão Metálica n = 2 Exercício: Usando a equação de Nernst determine o potencial do eletrodo de Cu imerso em uma solução 0,01 M (muito diluída) de Cu2+ a T= 30 oC? T = 303,15 K [M+] = 0,01 M Equação de Nernst E0 = + 0,337 V 54 , 1 , ! ,2./ , , , , ! , , , ! 3 , , . ,
  • 28. 28 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  O potencial do eletrodo, agindo reversivelmente, está associado à variação da ENERGIA LIVRE DE GIBBS (ΔG)  Conceito TERMODINÂMICO!  Definição: ΔGo = -nFE  Através da ΔGo pode-se prever a possibilidade de ocorrer determinadas reações: ΔGo < 0  reação é espontânea ΔGo > 0  reação não é espontânea ΔGo = 0  reação não ocorre (equilíbrio) 55 Espontaneidade das Reações Corrosão Metálica  Exemplo:  Pilha de Daniel Zn e Cu ∆E = + 1,10 V Espontaneidade das Reações
  • 29. 29 UFSC – EMB5006 – Química Tecnológica – Corrosão Metálica Corrosão Metálica  Assim: Exemplo: Zn2+ (aq) + Cu(s)  Zn(s) + Cu2+ (aq) com: Ecel = +1,10 V  Calculando a espontaneidade: ΔGo = -n F Δ Eo = -2 mol . 96485 J.V-1.mol-1 * 1,10 V ΔGo = - 212,267 kJ/mol  reação espontânea Espontaneidade das Reações 57 Corrosão Metálica Mg2+ + 2e-  Mg E0 red = -2,370 V Al3+ + 3e-  Al E0 red = -1,660 V Ti2+ + 2e-  Ti E0 red = -1,630 V Mn2+ + 2e-  Mn E0 red = -1,180 V Zn2+ + 2e-  Zn E0 red = -0,763 V Fe2+ + 2e-  Fe E0 red = -0,440 V Cd2+ + 2e-  Cd E0 red = -0,403 V Ni2+ + 2e-  Ni E0 red = -0,250 V 58 Potencial de Eletrodo – Lista ΔGo = -n F ΔEo F = 96500 C Sn2+ + 2e-  Sn E0 red = -0,136 V Pb2+ + 2e-  Pb E0 red = -0,126 V 2H+ + 2e-  H2 E0 red = -0,000 V Cu2+ + 2e-  Cu E0 red = +0,337 V Cu+ + 1e-  Cu E0 red = +0,521 V Ag+ + e-  Ag E0 red = +0,799 V Au3+ + 3e-  Au E0 red = +1,500 V [ ] + = − 0 8 314 1 2 303 96500 , T E E , log n M