Galvanização

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^-                      E⁰_redução = - 0,44 V

½ O₂ + H₂O + 2 e^- → 2 OH^-   E⁰_redução = + 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^-                        E⁰_redução = - 0,76 V
Fe_(s) → Fe²⁺ + 2e^-                         E⁰_redução = - 0,44 V
O₂ + 2 H₂O + 4 e^- → 4 OH^-    E⁰_redução = + 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