Em colaboração entre a Universidade de Binghamton e a Universidade de Pittsburgh, o Laboratório Nacional Brookhaven oferece uma nova visão de reações químicas cotidianas.
Este artigo é uma tradução direta do original, feita com caráter puramente informativo.
Por: Chris Kocher (traduzido de: https://www.binghamton.edu/news/story/4670/how-does-corrosion-happen-new-research-examines-process-on-atomic-level)
11 de dezembro de 2024
Quando o vapor d’água encontra metal, a corrosão resultante pode levar a problemas mecânicos que prejudicam o desempenho de uma máquina. Através de um processo chamado passivação, este fenômeno também pode formar uma fina camada inerte que atua como uma barreira contra a deterioração adicional.
Guangwen Zhou é professor de engenharia mecânica na Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas Watson. Crédito da imagem: Jonathan Cohen.
De qualquer forma, a reação química exata não é bem compreendida em nível atômico, mas isso está mudando graças a uma técnica chamada microscopia eletrônica de transmissão ambiental (transmission electron microscopy – TEM), que permite aos pesquisadores visualizar diretamente moléculas interagindo na escala mais minúscula possível.
O professor Guangwen Zhou — membro do corpo docente da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas Thomas J. Watson da Universidade de Binghamton — tem investigado os segredos das reações atômicas desde que ingressou no Departamento de Engenharia Mecânica em 2007. Juntamente com colaboradores da Universidade de Pittsburgh e do Laboratório Nacional Brookhaven, ele estudou as propriedades estruturais e funcionais de metais e o processo de fabricação de aço “verde”.
Sua pesquisa mais recente, “Mecanismos atomísticos de passivação de superfície induzida por vapor d’água”, foi publicada em novembro na revista Science Advances. Os coautores incluíram estudantes de doutorado da Binghamton, Xiaobo Chen, Dongxiang Wu, Chaoran Li, Shuonan Ye e Shyam Bharatkumar Patel, MS ’21; Na Cai, PhD ’12; Zhao Liu, PhD ’20; Weitao Shan, MS ’16, e Guofeng Wang da Universidade de Pittsburgh; e Sooyeon Hwang, Dmitri N. Zakharov e Jorge Anibal Boscoboinik do Laboratório Nacional Brookhaven.
No artigo, Zhou e sua equipe introduziram vapor d’água em amostras de alumínio limpas e observaram as reações de superfície.
“Esse fenômeno é bem conhecido porque ocorre em nossa vida cotidiana”, disse ele. “Mas como as moléculas de água reagem com o alumínio para formar essa camada de passivação? Se você olhar para a literatura [de pesquisa], não há muito trabalho sobre como isso acontece em uma escala atômica. Se quisermos usá-lo, precisamos saber, porque assim teremos algum meio de controlá-lo.”
Eles descobriram algo que nunca tinha sido observado antes: além da camada de hidróxido de alumínio que se formou na superfície, uma segunda camada amorfa se desenvolveu abaixo dela, o que indica a existência de um mecanismo de transporte que difunde oxigênio no substrato.
“A maioria dos estudos de corrosão se concentra no crescimento da camada de passivação e em como ela retarda o processo de corrosão”, disse Zhou. “Ao observá-lo em escala atômica, sentimos que podemos preencher a lacuna de conhecimento.”
O custo mundial para reparar a corrosão é estimado em US$ 2,5 trilhões por ano, mais de 3% do PIB global. Portanto, desenvolver melhores formas de gerenciar a oxidação seria um benefício econômico.
Além disso, entender como os átomos de hidrogênio e oxigênio de uma molécula de água se separam para interagir com os metais poderia levar a soluções de energia limpa, razão pela qual o Departamento de Energia dos EUA financiou esta pesquisa e projetos semelhantes de Zhou no passado.
“Se você quebra a água em oxigênio e hidrogênio, quando os recombinar, é apenas água novamente”, disse ele. “Não tem a contaminação dos combustíveis fósseis e não produz dióxido de carbono.”
Devido às implicações de energia limpa, o DOE regularmente renovou o financiamento do subsídio de Zhou ao longo dos últimos 15 anos.
“Agradeço muito o apoio de longo prazo para esta pesquisa”, disse Zhou. “É uma questão muito importante para dispositivos ou sistemas de energia, porque você tem muitas ligas metálicas que são usadas como material estrutural.”
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