Corrosão do estanho em soluções ácidas na presença de bactérias.
Jhonyson Arruda Carvalho Guedes (IC), Walysson Gomes Pereira (IC), Gledson Vieira Lima (IC), Carlos Emanuel de Carvalho Magalhães (PQ) e Rui Carlos Barros da Silva (PQ).
Laboratório de Eletroquímica e Corrosão Microbiana (LECOM), Departamento de Química, Universidade Estadual do Ceará, Av. Paranjana, 1700 60740-020 Campus do Itaperi, Fortaleza-CE
Resumo
O estanho é um dos metais de grande utilização na indústria de galvanoplastia. No entanto, poucos ou nenhum estudo tem sido voltado para a investigação do comportamento deste metal frente a presença de microorganismos. Sendo assim, este trabalho tem como objeto de estudo a investigação da corrosão de estanho em meio neutro na presença da bactéria Pseudomonas aeruginosa. Para este efeito, utilizou-se o teste de imersão com perda de massa associado às técnicas de microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de análise da energia dispersiva por raios-X a fim de caracterizar a superfície do metal. Foi utilizada também a técnica de espectrofotometria de absorção atômica com o propósito de verificar a concentração total de estanho na solução de trabalho. É verificado que a bactéria P. aeruginosa tem efeito significativo no processo corrosivo do metal estanho, porém não tem ação direta sobre a superfície.
Palavras-chave: estanho, corrosão, Pseudomonas.
Introdução
A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na liberação de energia.
Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está associada à exposição do metal a um meio no qual existe a presença de moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio.
O estanho é um metal maleável, pouco dúctil, e frágil. Porém, não se oxida facilmente com a água do mar e com água potável, portanto é resistente a corrosão. Entretanto, pode ser atacado por ácidos fortes. Sendo assim, o metal descrito é muito utilizado na galvanoplastia e ligas como bronze, também é utilizado em soldas. Uma outra utilidade do estanho é na confecção de ânodo solúvel em diversos processos eletrolíticos, empregando eletrólitos ácidos. Portanto tome-se conhecimento do seu comportamento eletroquímico é de grande interesse não somente sob o aspecto tecnológico como também cientifico
A reação de estanho com soluções ácidas, especificamente com íons cloretos, é bastante complexa. Esta reação não ocorre de forma imediata, se fazem necessários alguns minutos para que a reação comece a se processar. Tendo em vista a complexidade dessa reação com íons cloretos, pode-se inferir que a dissolução de estanho em meio cloreto e na presença de bactérias torna-se objeto de investigação.
Por outro lado, verificou-se que praticamente inexistem trabalhos relacionados com a associação de bactérias na corrosão de estanho em meio ácido. Em vista disso a bactéria Pseudomonas aeruginosa é comunmente encontrada no ambiente, indicando o seu potencial frete à associação de metais.
Pelo exposto acima, tem-se neste trabalho a investigação preliminar da corrosão de estanho em meio cloreto na presença de bactéria Pseudomonas aeruginosa. Para este efeito recorreu-se ao ensaio de imersão com perda de massa, às técnicas de caracterização superficial (microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de análise da energia dispersiva por raios –X).
Parte Experimental
Inicialmente, o estanho metálico na forma de placas foi tratado com álcool etílico anidro, e em seguida foi imerso em solução, cuja composição era: 2g de cloreto de sódio (NaCl), 0,05g de fosfato de sódio monobásico (NaH2PO4), 0,03g de sulfato
ferosso (FeSO4), 0,03g de sacarose (C12H22O11), 0,03g de caseína e 0,01g de cloridrato
de tiamina.
A cepa da bactéria Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 foi gentilmente cedida pela FIOCRUZ-RJ. O cultivo foi realizado em ágar McConkey durante 3 dias a 37oC em estufa bacteriológica. Foi verificado, através da inoculação da bactéria na solução de trabalho, a sua adaptação.
Foram conduzidos ensaios de imersão de amostras de estanho em solução, na ausência e na presença da bactéria P. Aeruginosa.
As amostras de estanho tiveram suas massas medidas antes e depois do ensaio de imersão com perda de massa. Foi determinada a taxa de corrosão na solução de trabalho em miligramas por decímetro quadrado por dia (mdd). Após o ensaio, foram submetidas à técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX), utilizando o microscópio eletrônico de varredura, modelo MXU, da Vegascan, com câmara acoplada para analise elementar da superfície.
A solução de trabalho após o ensaio de imersão foi submetida à análise a fim de determinar a concentração de íons estanho total. Este efeito foi realizado por meio da técnica de espectrofotometria de absorção atômica (EAA), modelo SPECTRAA 55, da Varian.
Resultados e Discussão
A partir dos dados extraídos do ensaio de imersão com perda de massa, pode-se avaliar a variação da massa da amostra de estanho com o tempo na presença e na ausência da bactéria na solução de trabalho. A Figura 1 exibe a variação da perda de massa do metal na solução de trabalho estéril. É verificado que, na ausência da bactéria em solução, o perfil da curva indica que ocorre a dissolução do metal, tendo a formar um patamar constante a partir de 30 dias. O valor da taxa de corrosão foi de 5x10-² mdd.
0 5 10 15 20 25 30 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 p e rd a d e m a s s a ( m g .c m -2 )
tempo de imersão (dias)
Figura 1. Variação da massa de estanho em função do tempo de imersão na solução estéril.
A Figura 2 ilustra os gráficos da perda de massa em função do tempo de imersão na ausência e na presença da bactéria P. Aeruginosa. Pode-se observar que na presença da bactéria há um incremento da perda de massa do estanho, promovendo a dissolução do metal. 0 5 10 15 20 25 30 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 p e rd a d e m a s s a ( m g .c m -2 ) tempo (dias)
Solução com P. Aeruginosa Solução estéril
Figura 2. Variação da massa de estanho em função do tempo de imersão, na solução estéril e na solução com a P. Aeruginosa.
É verificado que a solução estéril (ausente da bactéria) confere um valor de taxa de corrosão para o estanho igual 5x10-² mdd; enquanto que na solução não-estéril, tem-se o valor de 11,06 mdd. Logo, tem-tem-se que a bactéria incrementa a dissolução do estanho.
da variação do pH em meio contendo a amostra de estanho, na presença e na ausência de bactéria.
Tabela 1: Variação do pH do meio cloreto em função do tempo de imersão das amostras de estanho em temperatura ambiente igual a 25°C.
Tempo (dias) Valor de pH em meio estéril Valor de pH no meio na presença de Pseudomonas aeruginosa 0 6,4 6,4 3 6,8 6,6 7 6,4 6,6 14 8,4 7,0 21 8,8 7,7 30 9,0 7,4
O pH do meio cloreto estéril é praticamente constante (em torno de 6,4) e admite valor crescente de basicidade a partir de 14 dias, tendo o valor igual a 9,0 em 30 dias. Todavia, não é observada uma grande alteração no valor do pH para o meio na presença da bactéria. Neste caso, o pH tende a um valor em torno da neutralidade (pH ≈ 7). Portanto, pode-se inferir que a presença da bactéria impõe alterações nas condições físico-quimicas do meio. Estas alterações devem estar associadas a atividade metabólica da P. aeruginosa que, possivelmente, está consumindo os componentes do meio, gerando espécies ácidas que tendem a neutralizar parcialmente as espécies básicas oriundas da dissolução do metal estanho.
A caracterização superficial da superfície do estanho revela que não houve corrosão significativa na solução estéril (Figura 3). Tal fato está, provavelmente, ocorrendo devido ao estanho ser um metal bastante resistente a corrosão em meio neutro.
(c) (d)
(e)
Figura 3. Superfície do estanho para o tempo de imersão: (a) 3, (b) 7, (c) 14, (d) 21 e (e) 30 dias na solução estéril. Aumento: 2000X.
Por outro lado, a micrografia da superfície do estanho na presença da P. Aeruginosa (Figura 4) indica que o processo da corrosão ocorre uniformemente na superfície e de modo significativo. No entanto, não é possível caracterizar o biofilme na superfície do estanho. Tal fato corrobora para que os produtos metabólicos da bactéria estejam promovendo a corrosão do estanho.
(a) (b)
Figura 4. Superfície do estanho para os tempos de imersão de 14 e 21 dias, respectivamente, na solução com P. Aeruginosa. Aumento: 2000X.
A Figura 5 apresenta o espectro da superfície do estanho na ausência de microorganismo. É verificado que o perfil dos espectros apresentados não se modificam, indicando que para o período de 30 dias a superfície do estanho praticamente não sofre reações químicas significativas. No entanto, são observados dois picos discretos no espectro da Figura 5(d), associados aos elementos carbono e oxigênio. Este fato sugere que gradativamente componentes da solução tendam a se adsorverem e/ou acumularem na superfície do metal.
(b)
(c)
(d)
Figura 5. Espectro da superfície de estanho na solução estéril para o tempo de imersão de: (a) 3, (b) 14, (c) 21 e (d) 30 dias.
corrosão de estanho não promove a formação de produtos insolúveis sobre a sua superfície. E, por outro lado, pode-se inferir que a bactéria praticamente não possui afinidade com o metal, pois não ocorre a formação de biofilme sobre o estanho.
(a)
(b)
(c)
Figura 6: Espectro da superfície de estanho na solução não-estéril para o tempo de imersão de: (a) 3, (b) 14 e (c) 21 dias.
Conclusão
Pode-se concluir que a bactéria Pseudomonas aeruginosa no meio cloreto promove a corrosão do estanho. O pH do meio tende a ficar em torno da neutralidade (na presença da bactéria), enquanto na ausência tende a se tornar alcalino (pH = 9,0). A corrosão pode ser caracterizada como uniforme, não sendo evidenciada a formação de produtos insolúveis sobre a superfície tampouco a formação do biofilme.
Agradecimentos
Os autores gostariam de expressar sinceros agradecimentos ao Instituto de Pesquisas e Desenvolvimento Industrial (IPDI)/Laboratório de Microscopia Atômica (LMA) pelas análises microscópicas e espectroscópicas da superfície do estanho.
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