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Synergistic Corrosion Inhibition of Carbon Steel in Borewell Water by Beetroot Extract and Zn²⁺: Gravimetric, Electrochemical and Surface-Morphological Investigations

Este estudo demonstra que um extrato aquoso de beterraba, que isoladamente apresenta uma inibição limitada ou negativa, potencializa sinergicamente a proteção contra a corrosão do aço carbono em água de poço artesiano quando combinado com Zn²⁺, alcançando uma eficiência de inibição de 84% através da formação de um filme anódico protetor confirmado por análises gravimétricas, eletroquímicas e de morfologia superficial.

Autores originais: C. S.A. Raj, Susai Rajendran

Publicado 2026-10-06

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CC BY 4.0

Autores originais: C. S.A. Raj, Susai Rajendran

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

O metal está em toda parte, desde os canos que transportam nossa água até as vigas que sustentam nossas pontes. No entanto, quando o metal encontra a água, uma batalha lenta e invisível começa. Isso é a corrosão, um processo natural onde o metal se decompõe gradualmente à medida que reage com a água ao seu redor. Para o aço usado na construção e na indústria, essa reação pode enfraquecer a estrutura, levando a vazamentos, falhas e reparos dispendiosos. Durante décadas, engenheiros lutaram contra essa batalha adicionando produtos químicos à água para interromper a reação. Contudo, muitos desses produtos químicos tradicionais são tóxicos e prejudiciais ao meio ambiente, levando cientistas a procurar alternativas "verdes" e mais seguras encontradas na natureza. A questão torna-se se algo tão simples quanto um extrato vegetal pode proteger o metal pesado de forma tão eficaz quanto os produtos químicos industriais.

Pesquisadores propuseram-se a testar essa ideia usando aço carbono, um tipo de metal comum e acessível, e um líquido feito de beterraba. Eles colocaram amostras de aço em água de poço artesiano, que é a água extraída de profundidades subterrâneas, para ver o quão rápido ela enferrujaria. Primeiro, tentaram usar apenas o extrato de beterraba. Os resultados foram surpreendentes e complicados. Em quantidades muito baixas, o extrato de beterraba retardou ligeiramente a ferrugem. Mas, à medida que adicionavam mais extrato, a proteção desaparecia e, em alguns casos, o aço na verdade enferrujava mais rápido do que na água pura. A beterraba sozinha não era um escudo confiável; na verdade, o excesso dela parecia piorar o problema.

A história mudou quando os cientistas introduziram um segundo ingrediente: íons de zinco. O zinco é um metal frequentemente usado em revestimentos para prevenir a ferrugem, mas aqui foi adicionado em pequenas quantidades à água. Quando os pesquisadores misturaram o extrato de beterraba com o zinco, o comportamento do aço transformou-se completamente. Em vez de lutarem entre si, a beterraba e o zinco trabalharam juntos em uma parceria poderosa. Na melhor combinação, utilizando oito mililitros de extrato de beterraba e cinquenta partes por milhão de zinco, a ferrugem diminuiu drasticamente. O aço perdeu muito pouco peso em comparação com as amostras não protegidas, mostrando que a superfície do metal estava sendo mantida em seu lugar. Esta mistura alcançou uma redução de oitenta e quatro por cento na corrosão, um nível de proteção que nenhum dos ingredientes conseguiria atingir isoladamente.

Para entender como funcionava essa proteção, a equipe examinou o aço sob microscópios potentes e mediu a atividade elétrica na superfície do metal. Eles descobriram que, sem qualquer tratamento, a superfície do aço tornava-se áspera e picada, coberta pelos detritos da corrosão. Na água com a beterraba e o zinco, a superfície permaneceu lisa e intacta, como se uma película fina e invisível tivesse se formado sobre ela. Medições elétricas confirmaram que essa película atuava como uma barreira, tornando muito mais difícil para a água roubar elétrons do metal, que é a etapa fundamental no processo de oxidação. Os dados mostraram que a beterraba e o zinco se combinaram para criar uma camada protetora que aderiu ao aço, bloqueando a água de causar danos.

Este estudo demonstra que a natureza pode oferecer soluções para problemas industriais, mas também destaca que a solução nem sempre é direta. Um extrato vegetal sozinho pode falhar ou até mesmo retroceder, mas, quando pareado com um mineral simples como o zinco, torna-se um guardião altamente eficaz. Os pesquisadores descobriram que esta combinação específica de beterraba e zinco cria um efeito sinérgico, onde o todo é muito maior do que a soma de suas partes. Embora mais trabalho seja necessário para compreender a composição química exata da beterraba e para testar como isso se mantém ao longo de períodos prolongados, as descobertas oferecem um caminho promissor para formas mais seguras e ecologicamente corretas de proteger o aço que sustenta o nosso mundo moderno.

Resumo Técnico: Inibição Sinérgica da Corrosão de Aço Carbono em Água de Poço Artesiano por Extrato de Beterraba e Zn²⁺

Definição do Problema
O aço carbono é amplamente utilizado em aplicações estruturais e industriais devido às suas propriedades mecânicas favoráveis e baixo custo; no entanto, é suscetível à degradação eletroquímica quando exposto a ambientes aquosos, como a água de poços artesianos. Inibidores de corrosão convencionais, incluindo cromatos e fosfatos, são eficazes, mas levantam preocupações significativas quanto à toxicidade e persistência ambiental. Consequentemente, há uma necessidade de alternativas "verdes" derivadas de fontes biológicas renováveis. Embora extratos vegetais tenham mostrado potencial, sua eficácia pode depender da concentração e, por vezes, podem falhar em fornecer proteção adequada ou até mesmo acelerar a corrosão em concentrações mais elevadas. Este estudo aborda o desafio de desenvolver um sistema de inibição de corrosão eficaz e ambientalmente benigno para o aço carbono em água de poço artesiano, investigando o potencial sinérgico de um extrato aquoso de beterraba combinado com íons de zinco (Zn²⁺).

Metodologia
O estudo empregou uma abordagem multifacetada para avaliar o comportamento de corrosão de espécimes de aço carbono (composição: 0,026% S, 0,06% P, 0,4% Mn, 0,1% C, restante Fe) em água de poço artesiano. O delineamento experimental incluiu:

Preparação do Inibidor: Um extrato aquoso foi preparado através da fervura de beterraba fresca em pó em água destilada dupla.
Análise Gravimétrica: Medições de perda de peso foram conduzidas para determinar as taxas de corrosão e as eficiências de inibição (IE) através de variações nas concentrações de extrato de beterraba (0–8 mL) e Zn²⁺ (0, 25 e 50 ppm).
Caracterização Eletroquímica: Polarização potentiodinâmica e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) foram utilizadas para analisar o potencial de corrosão ( $E_{corr}$ ), a densidade de corrente de corrosão ( $I_{corr}$ ), a resistência de polarização linear (LPR), a resistência de transferência de carga ( $R_t$ ) e a capacitância da dupla camada ( $C_{dl}$ ).
Morfologia de Superfície: A Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) foi utilizada para avaliar visualmente o dano superficial e a formação de filmes protetores nos espécimes expostos a soluções não inibidas e inibidas.

Principais Contribuições e Resultados
A pesquisa demonstra que o comportamento de inibição da corrosão do extrato de beterraba é altamente dependente da concentração e que sua eficácia é significativamente aumentada através da sinergia com o Zn²⁺.

Limitações do Extrato de Beterraba Isolado: Quando utilizado isoladamente, o extrato de beterraba exibiu uma relação não linear com a concentração. Aos 2 mL, proporcionou uma inibição moderada (~35%). No entanto, conforme a concentração aumentava para 4–8 mL, a eficiência de inibição caía, tornando-se eventualmente negativa (ex: −30% aos 8 mL), indicando uma aceleração da dissolução do metal em vez de proteção.
Efeito Sinérgico com Zn²⁺: A adição de Zn²⁺ alterou fundamentalmente o desempenho do sistema.
- A 25 ppm de Zn²⁺: A combinação melhorou a inibição em comparação ao extrato isolado, atingindo um máximo de 48% aos 4 mL de extrato.
- A 50 ppm de Zn²⁺: Observou-se um efeito sinérgico pronunciado. Enquanto 50 ppm de Zn²⁺ sozinho proporcionou apenas ~14% de inibição e 8 mL de extrato de beterraba sozinho resultou em −30% de inibição, a combinação de 8 mL de extrato e 50 ppm de Zn²⁺ alcançou uma eficiência de inibição máxima de 84%.
Insights Eletroquímicos:
- Polarização: A presença do sistema de inibidor sinérgico deslocou o potencial de corrosão ( $E_{corr}$ ) de −756 mV/SCE (branco) para −531 mV/SCE. O estudo relata que este deslocamento sugere uma contribuição predominantemente anódica para a inibição da corrosão. A densidade de corrente de corrosão diminuiu e a LPR aumentou de 3385 para 3980 $\Omega$ cm².
- EIS: A resistência de transferência de carga ( $R_t$ ) aumentou drasticamente de 312 para 2189 $\Omega$ cm², enquanto a capacitância da dupla camada ( $C_{dl}$ ) diminuiu de $16,36 \times 10^{-9}$ para $2,329 \times 10^{-9}$ F cm². Estas mudanças indicam a formação de uma camada interfacial protetora que dificulta a transferência de carga e desloca as moléculas de água na superfície do metal.
Evidência Morfológica: As imagens de SEM confirmaram que as superfícies do aço carbono expostas à água de poço artesiano estavam rugosas e cobertas por produtos de corrosão. Em contraste, as superfícies tratadas com o sistema extrato de beterraba–Zn²⁺ exibiram um alisamento substancial e evidências reduzidas de formação de produtos de corrosão.

Significância e Alegações
O artigo alega que a combinação de fitoquímicos derivados da beterraba e Zn²⁺ cria um sistema de inibição de corrosão sinérgico e eficaz para o aço carbono em ambientes aquosos. O estudo destaca que, embora os extratos vegetais isolados possam ser insuficientes ou contraproducentes em certas concentrações, sua integração com íons inorgânicos específicos pode resultar em inibidores "verdes" de alto desempenho.

Os autores concluem que este sistema extrato de beterraba–Zn²⁺ representa uma abordagem promissora para o controle da corrosão. No entanto, mantêm uma postura modesta quanto à interpretação mecanística, observando que a composição molecular precisa do extrato não foi determinada neste estudo. Portanto, o mecanismo proposto de formação de filme sinérgico é apresentado como um modelo de trabalho quimicamente plausível, em vez de uma explicação molecular definitiva. Os autores sugerem que trabalhos futuros devem focar na quantificação dos fitoquímicos específicos, no estabelecimento de isotermas de adsorção, na avaliação da dependência de temperatura e na determinação da estabilidade a longo prazo antes da implementação prática.

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