A corrosão, a oxidação e a ferrugem são processos relacionados mas distintos. A corrosão é a deterioração gradual de materiais, especialmente metais, causada por interações químicas com o ambiente circundante. A oxidação, a corrosão e outras reacções químicas levam à descoloração, deformação ou metamorfose do material componente. Por isso, as diferenças e relações entre corrosão, oxidação e ferrugem são essenciais.

Contribui para determinar a preservação da vida útil dos materiais, minimizando os efeitos económicos adversos e aumentando a segurança em vários domínios. Esse conhecimento proporciona às indústrias medidas e estratégias para reduzir a taxa de degradação dos materiais, aumentando assim a durabilidade de componentes críticos. Isto, por sua vez, diminui os custos de reparação e substituição. A implementação global das melhores práticas de prevenção da corrosão poderia gerar poupanças significativas, estimadas entre 15 e 35% do custo dos danos, o que se traduz em US$375 mil milhões a US$875 mil milhões anualmente^[1]. É essencial regular estes fenómenos para evitar falhas catastróficas que possam pôr vidas em risco em setores essenciais, como a construção e os transportes. Além disso, este conhecimento dá origem a inovações, como o desenvolvimento de novos materiais que não se corroem facilmente. Contribui para a criação de produtos melhores e mais sustentáveis, uma vez que é um fator impulsionador da mudança.

Definição de corrosão

A corrosão é um tipo de degradação que afecta materiais como os metais devido à reação química entre o material e o seu ambiente, resultando em produtos não económicos, inseguros e insalubres. Esta degradação pode ocorrer através de várias etapas. Geralmente leva à formação de óxido, hidróxido ou compostos semelhantes dentro da substância e que amolgaram/destruíram a construção original desse material.

Tipos de corrosão

A corrosão pode ocorrer de várias formas, consoante os ambientes e os materiais em contacto com os agentes de corrosão. Os tipos mais comuns incluem:

1. Corrosão galvânica

Ocorre quando dois metais diferentes se ligam eletricamente num ambiente húmido. O metal anódico deteriora-se a um ritmo mais rápido do que quando existe de forma independente, enquanto o metal catódico se deteriora a um ritmo mais lento. A diferença de potencial entre dois metais é crítica na corrosão galvânica e envolve a equação de Nernst:

E_Célula=E⁰_cátodo-E⁰_ânodo-(RT/nF) ln([Ox]/[Red] )

E_Célula=potencial celular, E⁰=potenciais de elétrodo padrão, R= Constante de gás, T=temperatura, n=número de electrões transferidos, e F é a constante de Faraday.

2. Corrosão por picadas

A corrosão por pite é um tipo de corrosão localizada que cria buracos pequenos e profundos no material. É particularmente perigosa porque pode levar a uma falha rápida do material, mesmo com uma perda global mínima de material. O fator de corrosão por pite é aplicável na avaliação do impacto da corrosão por pite. Quando o fator de corrosão por pites é mais elevado, isso indica que a corrosão por pites é grave.

Fator de corrosão=(Profundidade do fosso mais profundo)/Perda de espessura média devido à corrosão

3. Corrosão em fendas

Este tipo de corrosão envolve células de concentração de oxigénio que se desenvolvem em poços, fendas ou subdepósitos. Consequentemente, a solução local pode estagnar, causando corrosão localizada. A corrosão em fendas ocorre, por exemplo, à volta da costura de uma placa de metal onde o metal se junta a uma junta ou quando se utilizam parafusos e porcas. A taxa de corrosão em fendas depende de factores como a concentração de iões cloreto ([Cl^-] e o pH da solução no interior da fenda:

Taxa de corrosão ∝ [Cl^–]e^(-∆G/RT)

Nesta equação, ΔG é a variação da energia livre de Gibbs, R é a constante dos gases, e T é a temperatura.

Materiais susceptíveis de corrosão

A resistência à corrosão depende da composição do material, da estrutura e do ambiente em que o material metálico ou não metálico se encontra. O ferro e o aço são particularmente propensos a enferrujar porque oxidam rapidamente, especialmente quando entram em contacto com a humidade e o oxigénio. Embora o alumínio desenvolva uma camada de óxido passiva, também sofre corrosão por picadas e fendas em condições que contêm cloreto. Cobre e suas ligas são susceptíveis à corrosão galvânica. Isto é especialmente verdade quando estão em contacto com metais como o alumínio ou o aço e estão expostos a um ambiente aquático. Como membro do grupo de ânodos úteis na proteção catódica, o zinco actua como um ânodo nos modelos de proteção galvânica para corroer enquanto preserva o metal real.

Impacto industrial da corrosão

Os efeitos da corrosão estendem-se por toda a cadeia de valor industrial, abrangendo a maioria, se não todas, as indústrias que utilizam metais. O impacto desta ameaça nas economias traduz-se na perda de vários milhares de milhões de dólares por ano por parte das indústrias devido à corrosão. O custo global da corrosão está estimado em US$2,5 biliões, o que equivale a 3,4% do Produto Interno Bruto (PIB) mundial em 2013, com algumas estimativas a sugerirem que este valor ultrapassa agora os US$3 biliões anualmente^[1]. As perdas incluem os custos de manutenção e substituição de estruturas afetadas pela corrosão, as perdas de produção decorrentes da corrosão e outros efeitos relacionados. A deterioração da segurança, da fiabilidade e da durabilidade são alguns dos impactos da corrosão. A corrosão pode causar falhas repentinas em estruturas, meios de transporte e infraestruturas, como pontes, condutas e aeronaves. A integridade estrutural diminui devido à corrosão, devido ao elevado risco de falha súbita.

No que diz respeito ao ambiente físico, a corrosão dá origem a riscos como a libertação de materiais perigosos a partir de condutas e tanques de armazenamento corroídos, bem como de estruturas de betão armado em obras de engenharia civil. Este efeito acarreta perigos subsequentes para o ambiente físico e humano. Para fazer face a estes desafios, os engenheiros recorrem a vários métodos de controlo da corrosão. Tais métodos incluem a seleção de materiais e revestimentos anticorrosivos, aplicações de proteção catódica e inibidores de corrosão, todos eles exigindo conhecimentos sobre corrosão. O mercado de revestimentos anticorrosivos, uma estratégia-chave de mitigação, foi avaliado em 20,59 mil milhões de dólares em 2023 e prevê-se que cresça para 33,28 mil milhões de dólares até 2030, a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 7,4% ^[2].

Compreender a oxidação

A oxidação é uma reação química primária crucial em muitos processos na natureza e na indústria. Fundamentalmente, a oxidação implica a doação ou partilha de electrões com outras espécies, havendo uma tendência geral para a perda de electrões por parte de uma substância, frequentemente um metal, e para o ganho de electrões por parte de outras substâncias, normalmente o oxigénio.

A oxidação é um processo químico geral que pode ocorrer independentemente da corrosão. Embora possa levar à corrosão nos metais, a oxidação nem sempre é prejudicial e pode ser benéfica, como na formação de camadas protectoras de óxido em metais como o alumínio.

Processo de Reação Química de Oxidação

A oxidação é um processo químico em que um átomo ou molécula perde um ou vários electrões. Este processo envolve normalmente a redução, em que outra substância absorve os electrões libertados ou perdidos pelo material oxidado. Ambos os processos são reacções redox (redução-oxidação). A equação seguinte pode representar a forma geral de uma reação de oxidação:

M→Mⁿ⁺+ne^–

Onde M é o metal ou substância que está a sofrer oxidação. Mⁿ⁺ é a forma oxidada da substância (um catião no caso dos metais).n representa o número de electrões perdidos. Por exemplo, na oxidação do ferro, a reação é:

Fe→Fe²⁺+2e^–

O oxigénio é normalmente o agente oxidante na maioria dos processos de oxidação. Isto implica que é ele que ganha os electrões que o metal ou qualquer outra substância perde. Isto pode levar à formação de óxidos, tais como

4Fe+3O₂→2Fe₂O₃

Nesta equação, o ferro (Fe) reage com o oxigénio (O₂) para formar óxido de ferro (Fe₂O₃), que é a ferrugem.

Exemplos comuns de oxidação na vida quotidiana

A oxidação é um processo omnipresente que ocorre em muitas situações quotidianas, muitas vezes com efeitos visíveis:

Ferrugem do ferro e do aço:

Quando o ferro ou o aço são expostos ao oxigénio e à humidade, reagem para formar uma substância castanho-avermelhada chamada ferrugem, que é composta principalmente por óxido de ferro. Este é um caso típico de oxidação que leva à destruição de objectos metálicos, como ferramentas, veículos e estruturas.

Manchamento da prata:

Os talheres e os objectos de adorno em prata são outros produtos que podem enferrujar devido à oxidação. Isto porque, quando exposta ao ar, a prata reage com compostos de enxofre, levando à formação de sulfureto de prata, que é preto e adere à superfície do metal.

2Ag+H₂S→Ag₂S+H₂

Diferença entre oxidação e corrosão

É crucial diferenciar entre oxidação e corrosão, embora sejam comummente confundidas. A oxidação é um tipo de reação química em que um composto perde electrões, frequentemente na presença de oxigénio. Pode ocorrer tanto em compostos orgânicos como inorgânicos. É um processo mais amplo que pode ser útil, por exemplo, no processo de combustão que conduz à energia ou na formação de camadas de óxido em alguns metais como o alumínio.

Por outro lado, a corrosão é a degradação de um material, especialmente dos metais, através da ação química com o ambiente circundante. É importante notar que, embora a oxidação seja um tipo de corrosão, por exemplo, a ferrugem do ferro, existem outros tipos de corrosão, incluindo os efeitos de ácidos, bases, humidade e sais. Além disso, a corrosão está relacionada com implicações indesejáveis, tais como falhas de materiais, perdas e riscos potenciais. O conhecimento da oxidação e da corrosão é crucial em várias áreas de aplicação, uma vez que ajuda a encontrar formas de atenuar a deterioração dos materiais.

Principais diferenças e efeitos da oxidação e corrosão

Embora a oxidação e a corrosão estejam relacionadas, são dois processos diferentes com efeitos diferentes nos materiais. A oxidação é um processo químico em que uma substância perde electrões, normalmente envolvendo o oxigénio, e pode ocorrer tanto em materiais orgânicos como inorgânicos. É um processo mais extenso que pode ser construtivo, como nos processos de ignição durante a combustão ou na formação de uma camada de óxido em metais como o alumínio.

No entanto, é diferente da corrosão. A corrosão é a deterioração de materiais, especialmente metais, através da interação química com o meio envolvente. Sendo a oxidação uma das formas de corrosão, como o enferrujamento do ferro, a corrosão engloba outros tipos de reacções, incluindo as que ocorrem devido à ação de ácidos, bases, humidade e sais. A corrosão tem geralmente efeitos adversos que resultam na deterioração de materiais, perdas financeiras e riscos para a segurança e a saúde. É crucial compreender a diferença entre oxidação e corrosão em muitas áreas de estudo, uma vez que contribui para a formulação de métodos eficientes para ultrapassar a deterioração dos materiais.

O que é a ferrugem?

A ferrugem é um tipo de corrosão que afecta o ferro e as ligas relacionadas, como o aço. É um material escamoso castanho-avermelhado que se deposita na superfície do ferro devido a uma reação química entre o ferro, o oxigénio e a humidade. A ferrugem é comum em muitas utilizações industriais e quotidianas porque prejudica a resistência e a estética dos produtos à base de ferro.

O processo de formação de ferrugem

A formação da ferrugem é um processo químico que requer várias etapas para ser concluído. A primeira etapa inclui a formação de óxidos de ferro com a ajuda de água e oxigénio e a oxidação do ferro. O processo geral é o seguinte:

Reação de oxidação

O ferro (Fe) perde electrões e reage com o oxigénio (O₂) na presença de água (H₂O) para formar iões de ferro (II) (Fe²⁺).

Fe→Fe²⁺+2e^–

Formação de hidróxido de ferro: Os iões Fe²⁺ reagem com água e oxigénio para formar hidróxido de ferro(II) (Fe(OH)₂).

Fe²⁺+2H₂O+O₂→Fe(OH)₂

Oxidação do hidróxido de ferro: O hidróxido de ferro(II) oxida-se ainda mais para formar hidróxido de ferro(III) (Fe(OH)₃).

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃

Formação de ferrugem: O hidróxido de ferro (III) desidrata-se para formar óxido-hidróxido de ferro (III) (FeO(OH)), vulgarmente conhecido como ferrugem. A ferrugem é uma mistura complexa de óxidos e hidróxidos de ferro.

4Fe(OH)₂→Fe₂O₃ .3H₂O

Condições que conduzem à ferrugem

A formação de ferrugem e outros factores dependem de alguns factores subjacentes. Estes factores incluem a disponibilidade de humidade, a exposição ao oxigénio e aos electrólitos, as condições ambientais, a temperatura e os contaminantes na superfície.

A água é essencial para a formação de ferrugem, uma vez que é um eletrólito. A água proporciona um ambiente para as reacções de oxidação-redução necessárias para a ferrugem, sendo a humidade elevada ou a chuva direta mais perigosas.

O oxigénio é também um requisito essencial para a formação de ferrugem. As áreas com bom arejamento ou muito oxigénio, como as estruturas metálicas, os automóveis e as máquinas, são propensas a enferrujar. A taxa de ferrugem pode aumentar com a utilização de sais e ácidos que aumentam a atividade eletroquímica do metal. Este problema surge da utilização de água do mar para melhorar a condutividade.

Por exemplo, um ambiente altamente ácido acelera a formação de ferrugem, uma vez que a oxidação é mais rápida em condições ácidas (pH baixo). As condições alcalinas também promovem a ferrugem, mas com menos vigor do que as condições ácidas.

A temperatura desempenha um papel importante, uma vez que as temperaturas elevadas aumentam as taxas de ferrugem através do aumento das taxas de reacções químicas. No entanto, a ferrugem pode ocorrer a baixas temperaturas se a humidade e o oxigénio estiverem presentes.

Por último, no sentido químico, a contaminação da superfície com materiais como sujidade ou óleo dificulta a remoção da humidade do metal, expondo assim áreas localizadas à ferrugem.

Materiais normalmente afectados

O ferro, o ferro fundido e as ligas de aço são os materiais mais comuns afectados pela ferrugem. O ferro é o mais vulnerável à ferrugem, uma vez que forma uma reação química com o oxigénio e a humidade quando está aberto. O aço-carbono é constituído principalmente por ferro, com uma pequena percentagem de carbono e outros elementos. Embora também possa enferrujar facilmente, o carbono e os elementos de liga podem aumentar a taxa de enferrujamento ou alterar as propriedades da ferrugem. Cada tipo de material de ferro é suscetível de enferrujar. No entanto, o ferro forjado enferruja mais rapidamente do que o aço ou o ferro fundido, uma vez que este último contém uma maior percentagem de carbono e forma uma ferrugem mais porosa e escamosa.

Os aços de liga de baixo carbono e de médio carbono oferecem algum nível de proteção contra a ferrugem, mas são susceptíveis de enferrujar em determinadas circunstâncias. Materiais como o crómio e o aço inoxidável são mais resistentes devido à película passiva de óxido formada na sua superfície, que impede a formação de ferrugem.

Principais diferenças entre corrosão, oxidação e ferrugem

Conclusão

O conhecimento das diferenças entre corrosão, oxidação e ferrugem é fundamental para proteger as infra-estruturas e as máquinas do desgaste prematuro. Os materiais inovadores, que incluem o aço inoxidável, o alumínio e as ligas de titânio, os revestimentos protectores, os sensores inteligentes e os materiais auto-regenerativos, desempenham um papel fundamental na resolução destes problemas.

Outros estudos para o avanço da ciência da corrosão incluem o desenvolvimento da nanotecnologia, a inteligência artificial na previsão da corrosão e inibidores ecológicos. Estes materiais são vitais para a melhoria das propriedades dos materiais. Se estas indústrias continuarem a patrocinar e a apoiar estas inovações, podem melhorar a proteção da propriedade, minimizar as perdas e garantir a segurança e a fiabilidade em várias aplicações.

Referências

[1] NACE International – Estudo «International Measures of Prevention, Application, and Economics of Corrosion Technologies» (IMPACT) http://impact.nace.org/economic-impact.aspx

[2] Grand View Research – Relatório sobre a dimensão do mercado dos revestimentos anticorrosivos, 2030; [3] Grand View Research – Dimensão e quota de mercado dos inibidores de corrosão | Relatório do setor 2030 https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/corrosion-protective-coatings-market