Encanamentos de ferro mergulhados em meio ácido não-aerado sofrem corrosão devido, principalmente, à reação:
Para proteger encanamentos nessas condições, costuma-se ligá-los a barras de outros metais, que são corroídos ao invés dos canos de ferro. Conhecendo os potenciais padrões de redução:
Dispondo-se de barras de cobre, zinco e estanho, pede-se:
a) Qual metal deve ser utilizado para proteger o encanamento? Justifique.
b) Escreva as reações que ocorrem na associação do cano de ferro com a barra metálica escolhida, indicando o agente oxidante e o agente redutor.
a) Qual metal deve ser utilizado para proteger o encanamento? Justifique.
b) Escreva as reações que ocorrem na associação do cano de ferro com a barra metálica escolhida, indicando o agente oxidante e o agente redutor.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado nos dá e o que pede.
- Reação de corrosão do ferro em meio ácido não-aerado (fornecida):
- Potenciais padrão de redução fornecidos (peguei estes valores do enunciado):
- Barras disponíveis: cobre (
), zinco ( ) e estanho ( ).
O enunciado pede:
a) Qual metal usar para proteger o encanamento (ou seja, qual metal vai corroer no lugar do ferro).
b) Escrever as reações que ocorrem na associação do cano de ferro com a barra escolhida, indicando agente oxidante e agente redutor.]
a) Qual metal usar para proteger o encanamento (ou seja, qual metal vai corroer no lugar do ferro).
b) Escrever as reações que ocorrem na associação do cano de ferro com a barra escolhida, indicando agente oxidante e agente redutor.]
Passo 2
Conceito-chave (explicado passo a passo, sem pressa):
- O potencial padrão de redução
mede a tendência de uma espécie ganhar elétrons (ser reduzida) em condições padrão. Mais positivo maior tendência a ser reduzida (mais nobre). Mais negativo menor tendência a ser reduzida e, portanto, maior facilidade para ser oxidada (doar elétrons). - Quando dois metais são ligados em contato elétrico num eletrólito, o metal com o potencial de redução mais negativo tende a oxidar (ser o ânodo, corroer) e o metal com potencial mais positivo tende a reduzir (ser o cátodo, protegido).
- Para decidir qual metal é sacrificial (ou seja, que vai corroer em vez do ferro), comparamos os
padrões: o metal escolhido deve ter um de redução mais negativo (menor) do que o do ferro, para que ele oxide preferencialmente.
Passo 3
Compare os potenciais fornecidos (ordem crescente de
, mais negativo primeiro — mais fácil de oxidar):
Interpretação:
-
tem potencial de redução mais negativo que . Logo se oxida mais facilmente que o ferro e, se conectado ao ferro, será o que vai corroer (sacrificar-se). -
tem menos negativo que (ou seja, mais nobre que o ferro). Isso significa que, se ligar estanho ao ferro, o ferro continuaria a oxidar preferencialmente — então o estanho não protege o ferro (ele não é um anodo sagrado). -
é ainda mais nobre e, portanto, também não serve como metal sacrificial.
Conclusão preliminar: o zinco é o candidato correto porque é mais “ativo” (mais fácil de oxidar) que o ferro.
Passo 4
Agora escrevemos explicitamente as semi-reações envolvidas quando se usa a barra de zinco ligada ao cano de ferro, em meio ácido não-aerado (a reação catódica é a redução dos íons hidrogênio, já que não há oxigênio dissolvido):
- meia-reação de oxidação do zinco (inverso do dado para redução):
(esta é a reação que ocorre no ânodo: o zinco perde elétrons e se dissolve como
.)
- meia-reação de redução dos íons hidrogênio (cátodo):
(os prótons aceitam elétrons e formam gás hidrogênio.)
Passo 5
Obtendo a reação global somando as semi-reações (os elétrons se cancelam):
Significado termodinâmico (rápido cálculo de espontaneidade):
- Potencial padrão da célula:
positivo, o que indica que a oxidação do zinco e a redução de
é um processo espontâneo nas condições padrões — portanto o zinco se consumirá preferencialmente, protegendo o ferro.
Passo 6
Identificação dos agentes:
- Agente redutor (doa elétrons, é oxidado): a barra de zinco,
. - Agente oxidante (recebe elétrons, é reduzido): os íons
do meio ácido (formam ).
Passo 7
Comentário final de interpretação prática e incentivo: na prática, por isso usa-se zinco como anodo de sacrifício (galvanização ou ânodos de sacrifício) — o zinco corrói em vez do ferro. Se tivesse usado estanho ou cobre, o ferro continuaria a corroer. Força aí — memoriza a regra: “quem tem potencial mais negativo se oxida” e relaciona isso à escolha do sacrificial anode.
Resposta
a) Zinco (
).
b) Semi-reações e reação global:
Agente oxidante:
.
Agente redutor: .
Agente redutor: