Corrosão

A corrosão é um processo natural de degradação de materiais que ocorre quando eles reagem com o ambiente em que se localizam. Embora muito associada aos metais, a corrosão também pode ocorrer em outros materiais, tais como plásticos, concreto e madeira.

Leia também: Galvanização — um dos processos utilizados para prevenir a corrosão

Resumo sobre corrosão

• A corrosão é um processo natural da degradação de materiais provocada pela reação química deste com o ambiente.
• Apesar de mais comumente discutida em metais, também ataca outros materiais, como concreto, madeira, borracha e plásticos.
• O processo é causado por variáveis ambientais, como a umidade, a temperatura, a variação do pH e também a presença de agentes químicos corrosivos.
• A corrosão causa grande prejuízo financeiro para indústrias e governos, alcançando cifras bilionárias anualmente.
• O desenvolvimento de técnicas de prevenção e proteção é fundamental para conter os custos e evitar acidentes.

O que é corrosão?

A corrosão pode ser entendida como um processo natural de degradação, deterioração ou destruição de um material, que ocorre quando este reage com ambiente em que está localizado.

Embora se associe muito a corrosão a metais (popularmente conhecida como enferrujamento) — até porque o conceito era restrito aos materiais metálicos até a década de 1960 —, hoje já se sabe que tal processo pode afetar diversos outros materiais, tais como plásticos, tintas, borracha, substâncias de caráter iônico e covalente, assim como concreto e madeira.

A corrosão pode ser tanto visível, o que acaba sendo mais fácil de prevenir, quanto invisível, a qual é mais perigosa, uma vez que pode causar falhas catastróficas e danos severos.

O que causa a corrosão?

A corrosão é causada pelo ambiente em que o material está inserido. De certa forma, todo ambiente é corrosivo até certo nível. Ambientes corrosivos, por exemplo, incluem a presença de ácidos (como ácido clorídrico, sulfúrico e nítrico), bases (como hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio), água do mar ou, ainda, soluções salinas.

A presença de gases, como é o caso do gás cloro, dos gases combustíveis ou dos gases de enxofre e nitrogênio, assim como a umidade do ar, também pode tornar o ambiente corrosivo.

Fatores físico-químicos do ambiente também impactam a corrosão. No caso de materiais metálicos em solução, por exemplo, a elevação da temperatura é um acelerador do processo corrosivo, uma vez que aumenta a velocidade da reação. Outros fatores são importantes, como o pH da solução, o tempo de contato (imersão), a composição química da solução e até mesmo o aspecto físico da superfície do metal.

Leia também: Fatores que influenciam a velocidade das reações químicas

Tipos de corrosão

Existem diversas formas de ocorrência de corrosão na estrutura metálica. Algumas podem ser visíveis a olho nu, outras podem precisar de um pouco mais de avaliação e inspeção, mas algumas são invisíveis, necessitando da utilização de instrumentos ópticos para avaliação, como microscópios.

Entre os principais tipos de corrosão, podemos citar:

• Corrosão uniforme: é a forma mais comum e simples de corrosão metálica. É caracterizada por um ataque homogêneo à superfície exposta ao ambiente corrosivo. A degradação metálica ocorre por meio de um ataque químico ou dissolução do material metálico em íons metálicos, correspondendo a reações de oxidação. Em temperaturas maiores, a corrosão uniforme de metais aumenta por conta da combinação com outras espécies presentes no meio corrosivo, como o gás oxigênio, propiciando a formação de óxidos. Um exemplo desse tipo de corrosão é a dissolução do zinco em uma solução de ácido clorídrico.
• Corrosão galvânica: esse tipo de corrosão, também conhecida como dissimilar, ocorre quando dois materiais metálicos estão eletricamente conectados e imersos em uma solução eletrolítica. Assim, surge uma diferença de potencial, fazendo com que o metal de menor potencial de redução (menos nobre) atue como ânodo da célula eletroquímica/galvânica formada, sendo dissolvido (ou consumido). Já o metal mais nobre (maior potencial de redução) não sofre oxidação. Um exemplo desse tipo de corrosão ocorre na combinação de magnésio e cobre, ou em ligas de magnésio e alumínio, nas quais o magnésio, por ter menor potencial de redução, pode sofrer com a corrosão galvânica.
• Corrosão por pite: é um tipo de corrosão em que ocorre uma degradação localizada, formando cavidades ou buracos profundos na superfície metálica. Essa modalidade é uma das formas de corrosão mais insidiosas e destrutivas, podendo causar a falha dos componentes. Geralmente, requer um grande período de iniciação, que pode variar de meses até anos, crescendo na direção gravitacional (ou seja, para baixo). Ocorre na presença de ânions agressivos na solução, comumente haletos. Para a maioria dos metais e ligas metálicas, por exemplo, a presença de íons cloreto leva a uma maior susceptibilidade à corrosão por pite.

• Corrosão por frestas: o mecanismo da corrosão por frestas é bem semelhante à corrosão por pite, sendo também um tipo de corrosão localizada. Ocorre em espaços estreitos, aberturas ou sob depósitos entre superfícies metálicas, onde um fluido corrosivo pode ficar estagnado. Dentro dessa fresta, o oxigênio é consumido rapidamente e não consegue ser reposto dada a presença do fluido. Assim, a fresta torna-se um ânodo (propiciando a dissolução do metal), enquanto a superfície externa, oxigenada, torna-se o cátodo.
• Corrosão por erosão: a corrosão por erosão nada mais é do que a ação combinada do desgaste mecânico com o desgaste químico, como quando há atrito mecânico constante de um fluido sobre a superfície metálica. Dessa forma, o fluxo contínuo do fluido (que pode ser um líquido ou um gás) remove o metal da superfície, seja na forma de produtos sólidos, seja na forma de íons solúveis resultantes da corrosão. Por isso, é muito comum em tubulações e bombas, pois são equipamentos sujeitos a fluidos em alta velocidade ou turbulência. Metais mais macios, como alumínio e cobre, são mais suscetíveis, pois podem perder mais facilmente a sua camada passivada sob fluxo contínuo.
• Corrosão intergranular: é um tipo de corrosão em que um ataque seletivo ocorre nos contornos dos grãos da estrutura cristalina do metal, sem afetar significativamente o interior dos grãos. Consequentemente, o material perde sua resistência mecânica e pode chegar a se esfarelar (com grãos inteiros se soltando), mesmo sem apresentar uma grande perda de massa na sua superfície.
• Corrosão por estresse: também conhecida como corrosão sob tensão, é uma falha súbita e perigosa que ocorre em metais quando eles sofrem tensão mecânica em um ambiente corrosivo. Nesse tipo de ataque, a superfície metálica pode parecer que está íntegra, mas pequenas e finas rachaduras podem se desenvolver, as quais podem gerar graves consequências.

Como a corrosão acontece?

No caso de metais, o que é mais comumente associado e citado, a corrosão é um fenômeno espontâneo em que o metal retorna ao seu estado termodinâmico mais estável. Não à toa, na natureza, boa parte dos metais é encontrada na forma de seus compostos, onde se apresentam na sua forma oxidada.

Pode-se dizer que boa parte dos processos corrosivos é de natureza eletroquímica, ou seja, reações de oxirredução. De maneira simples, no caso da corrosão dos metais, tais elementos sofrem uma reação de oxidação (perda de elétrons), ao passo que alguma espécie presente no ambiente sofre a redução (recepção de elétrons). As duas reações de redução mais comuns que ocorrem no meio aquoso, por exemplo, são a redução do H⁺ e do oxigênio dissolvido na água.

                        M (s) → Mⁿ⁺ (aq) + n e⁻                                (oxidação do metal)

                        2 H⁺ (aq) + 2 e⁻ → H₂ (g)                              (redução do íon H⁺)

                        O₂ (aq) + 2 H₂O (l) + 4 e⁻ → 4 OH⁻             (redução do O₂ dissolvido)

A reação de redução do O₂ dissolvido em água é uma das mais relevantes quando falamos de corrosão em ambientes naturais, já que ela pode ocorrer em faixas de pH próximas ao neutro.

As reações de oxidação e redução devem ocorrer ao mesmo tempo, uma vez que os processos químicos ocorrem com eletroneutralidade. Assim, o elétron produzido na oxidação é aproveitado na redução. Em sistemas eletroquímicos, o local em que ocorre uma reação de oxidação é o ânodo e, dessa forma, é possível dizer que a reação de oxidação é a reação anódica. Já o local em que ocorre uma reação de redução é o cátodo e, dessa forma, a reação de redução é também chamada de reação catódica.

A simultaneidade das reações de oxidação e redução faz com que a região afetada se torne uma célula eletroquímica, na qual o metal se torna o ânodo. Assim, o acúmulo de elétrons em uma região (no caso, no ânodo) cria uma diferença de potencial, o que faz com que eles migrem continuamente para o cátodo, desencadeando e desenvolvendo o processo de corrosão.

Consequências da corrosão

A corrosão é um problema de grande proporção para todos os países e grande parte do setor produtivo. Três aspectos são fortemente impactados quando pensamos em corrosão: custos econômicos, saúde e segurança, além de danos ao meio ambiente.

Em termos econômicos, os custos estão relacionados às falhas diretas ou indiretas causadas pela corrosão. O que impulsiona tais gastos é, basicamente, substituição de maquinário, controle de corrosão, reparo e manutenção, perda de insumos, custos com seguro etc.

Os custos econômicos com a corrosão são tão elevados que podem chegar a fatias de 4% do PIB de um país, como é o caso do Brasil, cujo custo anual foi de cerca de 290 bilhões de reais com essa questão. Na China, uma das maiores e ascendentes economias mundiais, estudos apontam que, em 2015, o custo anual do país com corrosão foi na faixa de 310 bilhões de dólares, algo em torno de 1,6 trilhão de reais, representando cerca de 3,34% do PIB do país asiático.

No que diz respeito à saúde e segurança humana, principalmente dos trabalhadores de setores produtivos, a corrosão pode trazer falhas por conta dos danos causados em estruturas, como dutos, pontes, canos, viadutos, ou em veículos, como trens, caminhões, aviões e navios, o que pode ocasionar acidentes de todos os graus, inclusive fatais.

Por muito tempo, a água foi transportada em canos com chumbo na composição e, por conta da corrosão, o chumbo podia ser dissolvido na água encanada, causando intoxicação naqueles que ingeriam essa água.

Do ponto de vista ambiental, acidentes em decorrência da corrosão podem significar contaminação de ecossistemas, causando, inclusive, danos irreversíveis à flora e fauna impactada. Vazamentos em oleodutos, tanques e gasodutos podem ocorrer por conta de corrosão, causando grande poluição na água e no ar.

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Formas de prevenção da corrosão

Para prevenir ou controlar as diversas formas de corrosão que existem, existem técnicas e métodos que podem ser realizados para tal fim. Algumas são descritas a seguir:

• Ligas e componentes resistentes à corrosão: as ligas metálicas podem ser desenvolvidas com a presença de espécies resistentes à corrosão, tais como o cromo, que produz filmes protetivos mais efetivos, que não só resistem mais, como também se regeneram mais rapidamente.

• Revestimento: um princípio muito utilizado para prevenção de corrosão é o revestimento do material, de modo a criar uma barreira artificial contra o ambiente corrosivo. Dessa forma, é possível utilizar, por exemplo, tintas de natureza orgânica, as quais criam um filme polimérico sobre a estrutura. Isso também pode ser obtido com graxas e ceras.

Também é possível fazer revestimento com metais, como é o caso do cromo, pois esse metal acaba sendo mais resistente à corrosão que o metal que ele protege, por exemplo. De modo oposto, a galvanização (revestimento com zinco) funciona muito bem, pois o zinco acaba tendo maior tendência a sofrer corrosão em comparação ao metal que protege (em geral, aço). Também é possível a utilização de revestimentos cerâmicos, como porcelana e vidro, que promovem um revestimento quimicamente resistente (geralmente óxidos), os quais são mais estáveis que os metais.

• Proteção anódica e catódica: a proteção catódica permite o controle da corrosão por tornar a estrutura metálica a ser protegida em um cátodo, fazendo com que outro elemento sofra corrosão em seu lugar. Dessa forma, conecta-se um metal mais reativo à estrutura, o qual atuará como ânodo. Popularmente, esse metal mais reativo é chamado de metal de sacrifício. É muito usado em estruturas metálicas que estão enterradas, submersas ou em concreto armado.

Já na proteção anódica, a ideia é polarizar positivamente a superfície metálica com o auxílio de uma corrente externa, tornando-a um ânodo e, assim, induzindo a formação de uma película de óxido.

• Inibidores de corrosão: os inibidores de corrosão podem ser adicionados ao meio e ter diferentes funcionalidades químicas. Uma delas ocorre por meio da adsorção aos sítios ativos eletroquímicos, podendo assim bloquear as reações catódicas e/ou anódicas. Tais espécies podem também aumentar a capacidade de passivação do material, seja por meio da formação de uma camada sobre a superfície, seja, ainda, ajustando o pH da solução para permitir o efeito.

Fontes

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