Catálise e Inibição de Reação Eletroquímica

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1 Catálise e Inibição de Reação Eletroquímica - Se o material do eletrodo não se transforma em produto; - em principio, é apenas para transferir elétrons; - mas, podendo também participar adsorvendo reagentes e/ou intermediários. O material é classificado como um catalisador, isto é, um ELETROCATALISADOR

2 Catálise e Inibição de Reação Eletroquímica Corrosão: um material metálico é transformado irreversivelmente em produtos por ação de uma reação eletroquímica. - a cinética deste processo pode ser racionalizada através de equações semelhantes as da eletrocatálise. Eletrocatálise Corrosão As mesmas equações e parâmetros cinéticos podem ser empregados para analisar ambos os casos.

3 Eletrocatálise i S 1 S 2 - Qual o material de eletrodo é mais eletrocatalítico? S 1 ou S 2 i 1 i 2

4 Eletrocatálise Considerando um processo catódico em que e.d.v. é governada pela equação de Tafel. i i 0.exp( / b) logi logi0 b blogi 0 blogi Onde: b 2,303RT F G 0 Fe i Fk C exp RT

5 Eletrocatálise - Que material (S i ) é mais eletrocatalítico? Log i i 0 e b são parâmetros dependentes do material do eletrodo S 1 S 3 S 2 S 2 mesmo b

6 Corrosão - Definições Interação físico-química entre um metal e o meio envolvente, da qual resultam mudanças nas propriedades do metal, levando frequentemente à sua inutilização ou do sistema técnico do qual faz parte ou ainda à alteração do meio (Federação Européia de Corrosão). Deterioração de um material ou das suas propriedades devido à reação com o meio envolvente (NACE - The National Association of Corrosion Engineers - USA). Algumas definições entendem que corrosão tem que envolver uma reação eletroquímica. Outras definições, mais abrangentes, poderão incluir todas as alterações induzidas pelo meio sobre os materiais neste caso não só metais mas também polímeros, cerâmicos, pedra, madeira,... e admite também que, para além do próprio material, as suas propriedades podem deteriorar-se.

7 - É um processo espontâneo que ocorre frequentemente na natureza por ação de diversos fatores. - ex.: proc. de desgaste por atrito, por erosão ou por fatores mecânicos. - Deterioração sofrida por um material metálico em consequência da ação eletroquímica do meio (N-2561 / 96 - Petrobrás). - Ponto de vista eletroquímico: estudar apenas os fenômenos cujas origens são processos de oxidação de elementos metálicos.

8 Considerações Energéticas A corrosão resulta da tendência que os materiais têm em voltar ao seu estado de menor energia, que é o que se encontra naturalmente no seu minério de origem; A obtenção do metal faz-se à custa do fornecimento de energia (processos metalúrgicos); A tendência do metal será, pois, voltar ao estado original, i.e., à sua forma oxidada. Minério + Energia Metalurgia Corrosão Metal

9 A corrosão à nossa volta automóveis: corrosão do chassis, corrosão da carroceria; canalizações (aço, aço galvanizado): corrosão externa e, principalmente, interna; material de cozinha (panelas/tachos de alumínio ou mesmo de aço inox): exteriormente parecem limpos e brilhantes, mas no seu interior surge corrosão por pite (sal) ou corrosão na linha de água; monumentos estruturas metálicas (pintadas ou não)

10 Importância da Corrosão Metálica uso crescente de metais no campo tecnológico utilização de construções metálicas de grandes dimensões, mais susceptíveis à corrosão do que as estruturas (pesadas) de pedra (do passado) meios cada vez mais agressivos, tanto em domínios de aplicação corrente (água e ar poluídos) como em domínios industriais (processos envolvendo reagentes agressivos e perigosos) utilização de metais raros caros, em certas aplicações especiais (energia atômica, domínio espacial). A falta de materiais resistentes pode mesmo ser um entrave ao progresso nessas áreas

11 Custos devidos à corrosão Custos diretos Custos de substituição de peças danificadas (incluindo energia e mão de obra) Custos de manutenção de sistemas de proteção (revestimentos, proteção catódica,...) Custos indiretos Paralisações Perda de produto Perda de eficiência Contaminação de produtos Necessidade de super-dimensionamento dos projetos Outros custos Segurança de instalações, cuja falha pode resultar em perdas humanas (automóveis, aviões, pontes, tubulações, tanques, etc) Degradação de monumentos

12 Seleção de um material Resistência à Corrosão Custos Resistência Mecânica Material Estética Disponibilidade Manufatura

13 - Ciência da corrosão e Engenharia da corrosão Engenharia Tipos de Corrosão: - Quanto a forma - Quanto à extensão - Quanto à intensidade Taxa de Corrosão Ciência Mecanismos e fatores que influenciam no processo de corrosão

14 Formas de corrosão - Dissolução anódica sempre nos mesmos locais. - processo de redução sempre nos mesmos locais. Uniforme Localizada São cátodos e ânodos muito pequenos distribuídos uniformemente na superfície (variam de posições no decorrer do processo) Macroscópica Ex.: Galvânica, Erosão, Pite, Esfoliação, Dissolução Seletiva Microscópica Ex.: Intergranular, Intragranular

15 Formas de corrosão Fonte: GENTIL, Vicente, Corrosão

16 Objetivos dos teste de corrosão: - Avaliar e determinar qual material (liga) é melhor para uma aplicação. - Determinar a vida útil provável de determinado equipamento ou produto. - Avaliar uma nova liga ( comercialmente ou processo). - Avaliar um novo material que inibe o processo de corrosão. - Verificar se uma liga perde qualidade quando fundida. - Avaliar o controle do meio ambiente. - Determinar o meio mais viável economicamente para reduzir a corrosão. - Estudar o mecanismo da corrosão.

17 Taxa de corrosão - exposição que serve para medir a corrosão. - medida da corrosão pela perda de massa de um corpo de prova. Preparação do corpo de prova - usualmente retangular ou redondo. - Tratamento da superfície (polimento).

18 Exposição da amostra (corpo de prova) - o método e equipamento para expor o corpo de prova a corrosão está limitado somente pela imaginação do investigador. Limpeza do corpo de prova - limpeza pode ser mecânica, química ou frequentemente ambas. - tem tabelas de reagentes de limpeza para cada tipo de material metálico (recomendação).

19 tc área m p A.t Calculo da taxa de corrosão (tc) massa perdida tempo -Unidade Estados Unidos mpy mpy (534 year -1.h.cm A.ρ. t -3.in 3 ).m Onde: - m p em mg - em g.cm -3 p Unidade mais frequente mg.cm -2.d -1 - A em in 2 - t em h

20 Resistência Relativa Resistentes Razoavelmente resistentes Não-resistentes - até 2,4g.m -2.d -1 - até 0,8g.m -2. d -1 (para ligas de alumínio) - até 24g.m -2. d -1 - até 8g.m -2. d -1 (para ligas de alumínio) - até 72g.m -2. d -1 - até 24g.m -2. d -1 (para ligas de alumínio) Não indicados - acima 72g.m -2. d -1

21 Tratamento Eletroquímico Fatores que podem influenciar no processo de corrosão - A concentração do agente oxidante (ex.: O 2 ): se é baixa ; o processo pode ser controlado por transporte de massa no cátodo. - Se o ambiente ao qual o metal está exposto é condutor pobre; o transporte de íons é lento e constitui o fator determinante do processo de corrosão (queda ôhmica). - A concentração do agente oxidante e a concentração de íons são elevadas, a velocidade pode ser controlada pela cinética de uma ou outra reação de transferência de carga (polarização por ativação).

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