O ferro e o aço são materiais muito utilizados na produção de peças metálicas. O aço é uma liga metálica composta em sua maioria de ferro (≈98,5%), possui também carbono (0,5 a 1,7%) e traços de silício, enxofre e de oxigênio.
No entanto, um aspecto negativo dos materiais feitos de ferro e de aço é que, com o tempo, eles se enferrujam e geram enormes prejuízos econômicos e ambientais. Estima-se que aproximadamente 20% do ferro produzido mundialmente tem a única finalidade de substituir peças enferrujadas.
Para impedir ou pelo menos diminuir esses prejuízos, existem vários métodos de proteção contra a corrosão dos metais, sendo que um dos mais eficientes é a galvanização.
A galvanização é um processo em que se reveste uma peça de ferro ou de aço com zinco metálico.
A ferrugem se forma pela oxidação do ferro metálico (Fe) a cátion ferro (Fe2+) em presença do oxigênio do ar e da água. O ferro e a maioria dos metais (com exceção do ouro e da platina) possuem menor potencial de redução que o oxigênio e, por isso, esses metais tendem a se oxidar.
Fe (s) → Fe2+ + 2e- E0redução = - 0,44 V
½ O2 + H2O + 2 e- → 2 OH- E0redução = + 0,40 V
Observe acima que o potencial de redução do ferro é bem menor que o do oxigênio e da água. Assim, quando o ferro está em contato com o ar úmido, é formada uma espécie de pilha em que o oxigênio atua como cátodo ou polo positivo, ocorrendo sua redução (ganho de elétrons). O ferro perde elétrons, sofrendo oxidação e atuando como ânodo ou polo negativo:
Ânodo: 2 Fe (s) → 2 Fe2+ + 4 e-
Cátodo: O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-____
Reação global: 2 Fe + O2 + 2 H2O → 2 Fe (OH)2
O hidróxido de ferro (II), Fe (OH)2, é oxidado a hidróxido de ferro (III), Fe (OH)3, devido à presença do oxigênio. Esse composto perde, então, água e se transforma no óxido de ferro (III) mono-hidratado, Fe2O3 . H2O, que possui cor castanho-avermelhada, ou seja, a ferrugem:
4 Fe (OH)2 + O2 + 2 H2O → 4 Fe (OH)3
2 Fe (OH)3 → Fe2O3 . H2O + 2 H2O
Observe que tudo começou porque o Fe se oxidou a Fe3+. Assim, quando uma peça passa por um processo de galvanização, a camada de zinco impede a oxidação do ferro, porque evita que ele entre em contato com o ar e com a água.
Mas e se o objeto for riscado e o ferro entrar em contato com o ar úmido?
Sem problemas, porque inicialmente o ferro se oxidará, mas imediatamente o zinco também se oxidará, pois como é mostrado abaixo, o potencial de redução do zinco é menor que o do ferro e do que o do oxigênio e da água. Portanto, a tendência do zinco em oxidar-se é maior.
Zn(s) → Zn2+ + 2e- E0redução = - 0,76 V
Fe(s) → Fe2+ + 2e- E0redução = - 0,44 V
O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH- E0redução = + 0,40 V
Quando o zinco se oxida, acontecem duas coisas importantes que impedem o ferro de ser corroído. A primeira é que, visto que seu potencial de redução é menor que o do ferro, ele reduz o cátion Fe2+ a ferro metálico novamente:
Zn(s) → Zn2+ + 2e-
Fe2+ + 2e-→ Fe(s)________
Zn(s) + Fe2+→ Zn2+ + Fe(s)
O segundo ponto é que, em contato com o ar e a água, o zinco origina o composto Zn(OH)2, que se deposita sobre o ferro que estava exposto e novamente o protege contra a corrosão.
Ânodo: 2 Zn(s) → 2 Zn2+ + 4 e-
Cátodo: O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-____
Reação global: 2 Zn + O2 + 2 H2O → 2 Zn(OH)2
Disciplina: Química