PROTECÇÃO DOS METAIS

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1 PROTECÇÃO DOS METAIS FORMAÇÃO DE LIGAS Neste caso associase o metal a proteger a outro, originando uma liga altamente resistente à corrosão. Exemplo: aço inox PROTECÇÃO CATÓDICA A protecção catódica é um processo, pelo qual, o metal para se proteger da corrosão, se torna cátodo de uma pilha electroquímica. Exemplo: Para se proteger uma canalização de ferro, é necessário colocálo em contacto com outro metal fortemente redutor (magnésio, zinco ). No ânodo ocorre a reacção: Mg Mg e

2 Os electrões passam pelo cabo de cobre e para a tubagem de ferro, que funciona como eléctrodo de inerte (cátodo) que está em contacto com o electrólito, onde existe oxigénio que recebe os electrões. No cátodo ocorre a reacção: 1 O(g) HO( ) e OH (aq) Neste caso, o magnésio tem o papel de ânodo de sacrifício. Este método é usado na protecção de pipelines (oleodutos), termoacumuladores e navios. GALVANOPLASTIA A galvanoplastia é um processo através do qual se efectua uma protecção superficial que consiste na cobertura do metal por outro metal que o proteja dos elementos ambientais que são responsáveis pela sua corrosão. Exemplos: Galvanização protecção do ferro pelo zinco Cromagem Banho de prata Niquelagem Estanhagem ANODIZAÇÃO Ao contrário da galvanoplastia, a anodização baseiase na utilização de correntes anódicas externas que provoquem a deposição regular de uma camada protectora do próprio metal. Exemplo: O alumínio reage com o oxigénio do ar através da reacção espontânea: Al(s) O(aq) A O3(s) No entanto, contrariamente à ferrugem, o óxido de alumínio adere fortemente à superfície metálica e, como não é solúvel, constrói uma barreira protectora que impede a corrosão do metal que fica debaixo desta camada. A anodização do

3 alumínio é uma forma de imitar este processo natural, mas de uma forma muito mais controlada e obtendo espessuras de óxido mais constantes do que aquelas que são obtidas naturalmente. RELAÇÃO ENTRE O POTENCIAL DE REDUÇÃO DO METAL A PROTEGER E O METAL PROTECTOR PROTECÇÃO CATÓDICA E (metal protector) E (metal a proteger) GASVANOPLASTIA Neste caso, existem duas situações possíveis: 1ª) E (metal protector) E (metal a proteger) ª) E (metal protector) E (metal a proteger) Contudo, nesta segunda situação o metal protector transformase (oxidase) numa película protectora. ANODIZAÇÃO E (metal protector) E (metal a proteger) Esta relação acontece porque o metal protector é o mesmo que o metal a proteger.

4 DOS MINERAIS AOS METAIS Este processo iniciase com as etapas de transformação física, tais como: extração do minério, fragmentação das rochas e concentração do minério. Após as transformações físicas, efetuamse as transformações químicas, tais como: ustulação, redução por via química e redução por via eletrolítica. Este percurso, dos minerais aos metais, tem problemas de poluição. POLUIÇÃO NA EXPLORAÇÃO As minas poluem, por lixiviação, outros recursos, nomeadamente as águas dos rios e as águas subterrâneas, causando doenças e prejuízos. Não é só a poluição proveniente do processo mineiro mas também todos os produtos químicos que são usados nas extrações dos metais. Os principais tipos de poluição incluem a contaminação por metais tóxicos (arsénio e mercúrio) das águas e dos solos. Durante a extração rasgamse colinas, alterase a vegetação, exterminamse diversas espécies e contaminamse os lençóis de água. Após a extração, os metais têm de ser separados de outros materiais por técnicas que utilizam, ainda hoje, cianeto e ácido sulfúrico, altamente prejudiciais à saúde, quando libertados para os ecossistemas. Durante o processo de fundição dos metais, libertamse grandes quantidades de poluentes como óxidos de enxofre (SO x ), um dos principais agentes da chuva ácida, e matéria particulada, para além da ganga. USTULAÇÃO Neste processo, os sais minerais são transformados em óxidos, através do seu aquecimento. Exemplo: Transformação da pirite (FeS ) em Fe 3 O 4. 3 FeS (s) + 8 O (g) Fe 3 O 4 (s) + 6 SO (g) ΔE >

5 REDUÇÃO POR VIA QUÍMICA Os metais nos minerais têm sempre números de oxidação positivos, pelo que, a obtenção do metal é um processo de oxidaçãoredução, com redução dos iões metálicos correspondentes. Nesta operação podem usarse vários redutores mas por razões económicas, na maioria dos casos, utilizase o carvão como redutor. Exemplo: do ferro num alto forno. CARBONO NA SÉRIE ELECTROQUÍMICA Dada a importância do carbono, como redutor, na metalurgia utilizase a seguinte série eletroquímica: K Na Mg Al (C) Zn Fe Sn Pb (H) Cu Ag Au PODER REDUTOR CRESCENTE

6 Os metais situados abaixo do carbono (com baixa afinidade para o oxigénio) podem ser extraídos do respetivo minério por aquecimento com carbono (fusão redutora). REDUÇÃO POR VIA ELECTROLÍTICA Os metais acima do carbono na série eletroquímica usada em metalurgia são extraídos dos seus minérios por redução eletrolítica. Este método consiste em forçar a reação de redução através da aplicação de uma diferença de potencial (energia elétrica). A esta reação dáse o nome de eletrólise. ELECTRÓLISE DA ÁGUA Da série eletroquímica, obtémse: (A) (B) HO e H OH E,83 V O HO 4e 4 OH E,4 V Em condições normais a reação redox que ocorre espontaneamente, resulta da soma do dobro da reação inversa de (A), a de menor potencial padrão de redução, com a reação (B). (A) (B) (H OH HO e ) O HO 4e 4 OH H O H O A eletrólise da água consiste em inverter esta reação espontânea.

7 O polo positivo da pilha força a água a perder eletrões para ele, através da reação: (C) HO( ) O(g) 4 H (aq) E o pólo negativo da pilha força a água a receber eletrões através da reação: (D) HO( ) e H(g) Somando (C) com (D): HO( ) O(g) 4 H (aq) 4e OH 4e (aq) 4 HO( ) 4e H(g) 4 OH (aq) 6 HO( ) O(g) H(aq) 4 H (aq) Como: 4 H (aq) 4 OH (aq) 4 HO( ) Então, obtémse: 6 HO( ) O(g) H(aq) 4 H O( ) HO( ) O(g) H(aq) 4 OH (aq)

8 ELECTRÓLISE DO CLORETO DE SÓDIO FUNDIDO O polo negativo da pilha força a reação: Na ( ) e Na( ) O polo positivo da pilha força a reação: C ( ) C (g) e A reação global da reação é portanto: Na ( ) e Na( ) C ( ) C (g) e Na ( ) C ( ) Na( ) C (g) ELECTRÓLISE DO CLORETO DE SÓDIO AQUOSO Neste caso o polo negativo da pilha provoca duas reações de redução: Na (aq) e Na(s) E (Na /Na),71V HO( ) e H(g) OH (aq) E (HO/H ),83 V Como a ª reação tem maior E, libertase preferencialmente H (g). O polo positivo da bateria força a ocorrência de duas reações de oxidação: C ( ) C (g) e E(C /C ) 1,36 V HO( ) O(g) 4 H (aq) 4e E (HO/O ) 1,3 V Como os potenciais são próximos, libertase uma mistura de Cl e O.