A cúpula da catedral da Sé, na cidade de São Paulo, é construída de um material, que quando exposto a um eletrólito, lhe confere uma cor denominada Pátina.
a) Qual é esse material? (Valor: 0,5 pontos)
b) Qual é o eletrólito? (Valor: 0,5 pontos)
c) Explique esse fenômeno (Valor: 1,0 ponto)

Passo 1

O enunciado pergunta três coisas sobre a cúpula da catedral da Sé:
  1. Qual é o material da cúpula? (valor 0,5)
  2. Qual é o eletrólito a que esse material fica exposto? (valor 0,5)
  3. Explique o fenômeno que gera a “pátina” (valor 1,0)
Informações implícitas que temos do enunciado:
  • A cúpula adquire uma coloração chamada “pátina” quando exposta a um eletrólito.
  • A pátina é a camada de cor (verde/azulada) que aparece sobre certas superfícies metálicas expostas ao ambiente.

Passo 2

Identificando o material da cúpula.
  • Um fato observado na prática: superfícies metálicas que desenvolvem uma pátina verde-azulada tipicamente são de cobre ou de ligas de cobre (por exemplo, bronze, latão com alto teor de cobre). Isso é clássico — pense em telhados e cúpulas verdes de igrejas e prédios históricos.
  • Conclusão direta (resposta objetiva para a parte a): o material é essencialmente \mathrm{Cu} (cobre) ou uma liga rica em cobre.

Passo 3

O que é um eletrólito e qual é o eletrólito relevante aqui?
  • Definição curta e prática: eletrólito é uma solução que contém íons livres e, portanto, conduz corrente elétrica. Água pura conduz pouco; água com dióxido de carbono dissolvido e com sais/íons (como na chuva contaminada) conduz bem.
  • Na situação da cúpula ao ar livre, o eletrólito mais importante é a água (chuva, orvalho, umidade) que contém:
    • \mathrm{CO_2} dissolvido (forma ácido carbônico em solução),
    • íons provenientes de sais atmosféricos e poluição (por exemplo \mathrm{SO_4^{2-}}, \mathrm{NO_3^-}, \mathrm{Cl^-}), e
    • outras impurezas que tornam a água condutora.
  • Conclusão direta (resposta objetiva para a parte b): o eletrólito é a solução aquosa presente na chuva/umidade, ou seja, água com \mathrm{CO_2} e íons dissolvidos.

Passo 4

Mecanismo eletroquímico geral (visão passo a passo, sem pular etapas)
  • Para ocorrer corrosão eletroquímica é preciso: metal, eletrólito e diferença local de potencial na superfície (micro-áreas anódicas e catódicas). A água com íons permite o transporte de cargas (corrente iônica) entre essas micro-áreas.
  • Reação anódica (oxidação do cobre): o cobre metálico perde elétrons e vira íon:
\mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{Cu^{2+}} + 2e^{-}
Isto ocorre nas regiões anódicas da superfície do metal.
  • Reação catódica (redução no ambiente úmido): em ambiente aeróbio (com oxigênio dissolvido), a reação catódica típica é a redução do oxigênio:
\mathrm{O_2} + 2\mathrm{H_2O} + 4e^{-} \rightarrow 4\mathrm{OH^-}
  • Esses elétrons liberados na anódica são consumidos na catódica; a presença do eletrólito (água com íons) fecha o circuito, permitindo que a corrosão prossiga.

Passo 5

Formação dos compostos que dão a cor (transformando íons em pátina)
  • Os íons \mathrm{Cu^{2+}} formados podem reagir com os íons presentes no eletrólito:
    • Com hidróxidos formados na catódica:
    \mathrm{Cu^{2+}} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}
    • Com íons carbonato/bicarbonato (resultantes de \mathrm{CO_2} dissolvido):
      • Primeiro: \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O} \leftrightarrow \mathrm{H_2CO_3} \leftrightarrow \mathrm{H^+} + \mathrm{HCO_3^-} \leftrightarrow 2\mathrm{H^+} + \mathrm{CO_3^{2-}}
      • Em presença de \mathrm{Cu^{2+}} e óxidos/hidróxidos, formam-se carbonatos básicos de cobre (compostos verdes como a malaquita):
    \text{(simplificando)}\quad \mathrm{2Cu^{2+}} + \mathrm{CO_3^{2-}} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Cu_2(OH)_2CO_3}
    • \mathrm{Cu_2(OH)_2CO_3} é a malaquita, um dos principais responsáveis pelo tom verde da pátina.
  • Se houver poluentes sulfurados ou cloretos na chuva, outros sais de cobre podem se formar ( \mathrm{CuSO_4}, \mathrm{CuCl_2}, etc.), que alteram a cor e textura da pátina.
  • Resultado prático: forma-se sobre o cobre uma camada complexa de óxidos, hidróxidos e carbonatos de cobre — a chamada pátina — que é verde-azulada.

Passo 6

Por que isso muitas vezes protege o metal (importante para entender a utilidade prática)
  • Nem toda corrosão é destrutiva em longo prazo: a pátina, quando compacta e aderente (como a malaquita e alguns óxidos), tende a isolar o metal subjacente do contato direto com o oxigênio e o eletrólito, reduzindo a taxa de corrosão futura. Por isso muitos telhados e cúpulas de cobre ficam verdes mas continuam íntegros por décadas.
  • No entanto, se a camada for porosa ou contiver sais solúveis (por exemplo por poluição), a corrosão pode continuar e ser prejudicial.

Passo 7

Resumo didático rápido (do tipo “na prova faça assim”)
  • Identifique a cor verde → pense em cobre/ligas de cobre.
  • Pense qual líquido está em contato → chuva/umidade (eletrólito: água com \mathrm{CO_2} e íons).
  • Escreva as reações essenciais: oxidação do metal ( \mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{Cu^{2+}} + 2e^{-}), redução do oxigênio ( \mathrm{O_2} + 2\mathrm{H_2O} + 4e^- \rightarrow 4\mathrm{OH^-}), e formação de carbonatos/hidróxidos que dão a cor ( \mathrm{Cu_2(OH)_2CO_3}, etc.).
  • Explique que é um processo eletroquímico mediado pelo eletrólito e que produz compostos verdes (pátina), que muitas vezes protegem o metal.

Resposta

a) \mathrm{Cobre} (ou liga rica em cobre, como bronze).
b) \mathrm{H_2O} da chuva/umidade contendo \mathrm{CO_2} e íons (solução aquosa eletrolítica com poluentes).
c) O cobre é oxidado na presença do eletrólito: \mathrm{Cu}\rightarrow\mathrm{Cu^{2+}}+2e^{-}; o oxigênio dissolvido é reduzido: \mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2O}+4e^{-}\rightarrow4\mathrm{OH^-}; os \mathrm{Cu^{2+}} reagem com \mathrm{OH^-} e com carbonatos formados a partir de \mathrm{CO_2} para originar compostos verdes (por exemplo \mathrm{Cu(OH)_2} e \mathrm{Cu_2(OH)_2CO_3}, a malaquita), cuja camada é a pátina.

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