Química e Física dos Materiais II (Materiais Inorgânicos) Metais e corrosão

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1 Ciências da Arte e do Património Química e Física dos Materiais II (Materiais Inorgânicos) Metais e corrosão Olinda Monteiro(ocmonteiro@fc.ul.pt) Olinda Monteiro (ocmonteiro@fc.ul.pt) Departamento de Química e Bioquímica Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Aula 5 1

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3 Reatividade dos metais Cerca de 80% dos elementos da Tabela Periódica são metais; Colunas 3 a 12 metais de transição: apresentam vários estados de oxidação podendo originar diferentes iões e consequentemente compostos de diversas colorações; Metais mais reativos: vão do Ti ao Zn (colunas 4 a 12), o Al, Pb, Tl, Sn, Fe, Cu, Cr, Co, Ni, Mo entre outros; Metais pouco reativos: Rh, Ru, Pt, Ir, Au, etc - metais nobres

4 METAIS Metais ferrosos: ferro e suas ligas: aços de grande resitência (aços carbono, aço de manganês, aço de vanádio, aço niobio, aço inox, etc). Metais não-ferrosos: o cobre e as suas ligas (latão e bronze), o aluminio e suas ligas, o zinco, o ouro, a platina, a prata, o irídio, etc. Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com percentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%. Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mas comteordecarbonoentre2,11%e6,67%. Ocarbonoéummaterialmuitousadonasligasdeferro,porémvariacomousode outros elementos como: magnésio, crómio, vanádio e tungstênio

5 Ferro forjado é ferro comercialmente puro, o qual possui uma pequena quantidade de carbono (não mais de 0,15%), mas que geralmente possui escórias. É resistente, maleável, dúctil e facilmente soldável. O ferro forjado é ferro comercial (aço corrente) que é basicamente uma liga ferro-carbônica com baixo teor em carbono e sem elementos de liga. Muitas obras de arte, por exemplo peças de mobiliário, prateleiras, mesas, bancos, cadeiras, utilizam o ferro forjado como matéria prima. Na Penisula Ibérica pode encontra-se muito património arquitétonicoem ferro forjado, de peças de mobiliário a estruturas integrantes de edifícios (portas, janelas, púlpitos, escadarias, claustros de palácios aristocráticos, igrejas, catedrais, etc.) que vão do estilo romântico, ao neoclássico passando pelo gótico, rocócó e renascentista. Ferro antigo: material de que são feitos muitos achados arqueológicos: espólio de naufrágios, moedas, objetos de adorno, armas, utensílios de agricultura e de cozinha, etc.

6 Aços inoxidáveis ligas de ferro(fe) e crómio(cr), além de outros elementos presentes em pequena percentagem (Ni, Mo); apresentam elevada resistência à rutura, tração e oxidação, são duros e muito resistentes ao desgaste podendo ser submetidos a tratamentos térmicos. o crómio, conferem uma excelente resistência à corrosão quando comparados com os aços de carbono (aços oxidáveis). o crómio presente na liga oxida-se em contacto com o oxigénio do ar, formando uma película, muito fina e estável, de óxido de crómio -Cr 2 O 3 -que se forma na superfície. Ela é denominada camada passivae tem como função proteger a superfície do aço contra processos corrosivos. Para que isto aconteça é necessária uma quantidade mínima de crómio de cerca de 11% em massa na liga.

7 Alumínio(Al) Alumínio: metal leve, macio e resistente, cor cinza prateado. Grande durabilidade e excelente resistência à corrosão devido à fina camada óxidos que se forma quando exposto ao ar (aspeto fosco). O metal é muito maleável e dúctil fácil fundição e bom condutor de calor. Ligas de Al: a adição de cobre (Cu) e magnésio (Mg) ao alumínio (Al) contribui para aumentar a resistência mecânica mas por outro lado diminui a resistência à corrosão. É aplicado em arquitetura em coberturas, janelas, portas, escadarias, estátuas, etc Pepita de alumínio

8 Cobre(Cu) -do latim cuprum Cobre primeiro metal usado pelo homem. Conhecido desde a pré-história a.c., o cobre é utilizado atualmente, para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos), e em ligas metálicas como latão e bronze Cobre: material durável, resistente à corrosão, maleável, dúctil, bom condutor elétrico e térmico. Ligas de cobre importantes são latões(zinco), bronzes(estanho), cuproalumínios (alumínio), cupro-níqueis (níquel), cupro-silícios (silício) e alpacas (níquel-zinco). Aplicações em arquitetura: cobertura de edifícios e outras obras. A Alemanha é o maior utilizador de cobre em coberturas. Pepita de cobre

9 Latão (Cu -Zn) Latão: liga de cobre(cu) e zinco(zn), sendo o cobre o elemento maioritário, e o zinco pode variar entre 3 a 45%, dependendo do tipo de latão. Quando polido e dependendo da sua composição, o latão tem coloração idêntica à de certas ligas de ouro-prata. O latãoaplica-se na produção de peças fundidas, roscas, peças de bombas (para resistirem a corrosão salina) peças de navios, obras de arte, arquitetura, etc Peça em latão Peça em latão, amostra de zinco e de cobre

10 Bronze (Cu -Sn) - do persa biring, cobre Bronze: ligas de cobree estanho com percentagens variáveis de outros elementos, como por exemplo: zinco (Zn), alumínio (Al), antimónio (Sb) e fósforo (P). A adição de arsénio (As) ou de estanho (Sn) resulta num aumento da dureza da liga. O bonze polido presenta cor amarelo ouro, é resistente à corrosão atmosférica e é facilmente fundível; capacidade de acabamento excelente devido ao fácil polimento. Ponto de fusão varia entre os e os ºC. É aplicado desde a Antiguidade em obras de arte (estatuária, objetos de adorno, numismática, coberturas de palácios e igrejas). Moedas antigas de bronze Pepita de bronze

11 Prata(Ag) - do latim vulgar platta, argentum Metal de cor branca prata brilhante, brilho metálico. Porexposiçãoaoar - formaçãodeóxidodeprata(ag 2 O) que escurece a superfície; Aprataeassuasligassãomateriaisutilizadosdesdea Antiguidade no fabrico de objetos de arte que constituem o património cultural (Arte Sacra, objetos de adorno, baixéis de prata, medalhas, bustos, imagens, numismática e joalharia). Moedas antigas de prata Pepita de prata Curiosidade: Prata 950 quer dizer: 95% da joia é de prata legítima; os outros 5% são de outros metais, normalmente cobre. Este conceito foi criado por Dom Afonso II para punir severamente quem alterasse a mistura. Pratadelei A prata de leitem esse nome graças a umaleiportuguesa, do século XV, que estabelecia que a prata deveria ter pelo menos 80% de pureza, a fim de prevenir mistura de outros metais na liga, diminuindo o valor.

12 Ouro (Au) - do latim aurum, "brilhante" Metal brilhante, amarelo, pesado, maleável, dúctil, que não reage com a maioria dos produtos químicos, mas é sensível ao cloro; Conhecido desde a Antiguidade, foi um dos primeiros metais a ser trabalhado pelo Homem, metal precioso, padrão para muitas moedas; Símbolo de pureza, valor, realeza e ostentação. É aplicado em numismática, estatuária, jóias e objetos de adorno, altares de igrejas e catedrais, etc. Cristal de ouro sintetizado Pepita de ouro Moedas antigas de ouro

13 Corrosão: alteração de um material por ocorrência de processo eletroquímico envolvendo reações redox Muitos metais e ligas metálicas sofrem corrosão; A corrosão ativa pode ser seguida ou não de formação de películas protetoras de óxidos, hidróxidos ou sais. Reações de oxidação: origem dos processos de corrosão ativa; Reações de precipitação: entre catiões M n+, e aniões do meio (CO 3 2-, SO 4 2-, Cl -, etc) e/ou aniões resultantes de processos de redução como o anião OH - formação de películas protetoras No caso do cobre e/ou suas ligas formam-se as PATINAS

14 Patinas em objetos de cobre e bronze Placas de cobre (Cu) enterradas durante 3 meses em solo com diferentes percentagens de cloretos (Cl - ) Coleção de moedas de um achado arqueológico

15 Constituintes das patinas: broncatite-cu 4 SO 4 (OH) 6 -verde escuro atacamite-cu 2 Cl(OH) 3 - verde claro tenorite-cuo -cinzento calcocite-cu 2 S -preto antlerite-cu 3 SO 4 (OH) 4 -verde tolbacite-cucl 2 -laranja etc

16 Exemplo: corrosão de uma barra de ferro metálico Reação de oxidação: Fe(s) Fe 2+ +2e - Reação de redução: H 2 O + ½ O 2 + 2e - 2 OH -

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