Esquematize uma pilha de corrosão eletrolítica formada quando dois eletrodos de ferro são imersos em uma solução aerada de NaCl e uma d.d.p. é aplicada através de uma fonte de corrente contínua. Dê as reações no anodo e no catodo.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) esquematizar uma pilha de corrosão eletrolítica formada quando dois eletrodos de ferro são imersos em solução aerada de NaCl e uma d.d.p. de corrente contínua é aplicada; (2) dar as reações que ocorrem no ânodo e no catodo.
Informações dadas que vamos usar: solução aquosa de NaCl (aerada = há O dissolvido), dois eletrodos de ferro, e uma fonte de corrente contínua que impõe uma diferença de potencial entre os eletrodos (um ligado ao polo positivo da fonte, outro ao polo negativo).
Informações dadas que vamos usar: solução aquosa de NaCl (aerada = há O
Passo 2
O que é uma “pilha de corrosão eletrolítica” aqui (explicação didática):
- “Eletrolítica” significa que a corrente é imposta externamente pela fonte; não é uma célula galvânica espontânea.
- O eletrodo ligado ao polo positivo da fonte fica como ânodo (perde elétrons, sofre oxidação). O eletrodo ligado ao polo negativo fica como cátodo (ganha elétrons, sofre redução).
- Eletrons saem do ânodo pelo fio externo e vão para o cátodo; na solução a corrente iônica fecha o circuito (cátions migram em direção ao cátodo, aniões em direção ao ânodo).
Vou usar essa ideia para montar o esquema e as reações.
Passo 3
Esquema verbal (para você desenhar mentalmente ou na prova):
- Duas barras de ferro imersas na mesma solução de NaCl.
- Fonte CC com polo positivo conectado a uma barra (esse será o ânodo) e polo negativo conectado à outra barra (esse será o cátodo).
- Setas: elétrons fluem do ânodo para o cátodo pelo condutor externo; íons na solução conduzem corrente interna:
(quando produzido) fica na vizinhança do ânodo; migra em direção ao ânodo.
Esse é o “esquema” básico da pilha eletrolítica que o enunciado pede.
Passo 4
Reação no ânodo — princípio e balanceamento passo a passo:
- No ânodo ocorre oxidação do metal ferro. A reação elementar de oxidação do ferro metálico é a perda de dois elétrons para formar ferro(II):
Explanação: aqui cada átomo de ferro doa
elétrons; o número de elétrons aparece à direita para conservar carga. Essa é a meia-reação anódica típica em solução neutra/ligeiramente salina quando o ferro se corrói.
Passo 5
Reação no cátodo — princípio e escolha da reação (porque a solução é aerada):
- Como a solução está aerada (há
dissolvido), a redução preferida no catodo é a redução do oxigênio em meio aquoso, que gera hidróxidos:
Explanação do balanceamento: a molécula
precisa de
elétrons para ser reduzida a quatro íons
; usamos água para prover os átomos de H e O e balancear H e O. Essa reação é típica em ambientes neutros ou ligeiramente alcalinos e domina quando há oxigênio dissolvido.
Passo 6
Combinação das duas meias-reações para obter a reação global (passo a passo):
- A meia-reação anódica fornece
elétrons por átomo de Fe; a cátodica consome elétrons. Para igualar elétrons, multiplicamos a reação anódica por :
- Somando-as (elétrons se cancelam) obtém-se a reação global:
Passo 7
Produtos secundários e precipitação (importante para entender o que você verá na prova):
- Os íons
formados no ânodo reagem com os gerados no cátodo (ou localmente por mistura) e precipitam como hidróxido de ferro(II):
- Assim, a equação global pode ser vista como:
- Oxidações posteriores (exposição ao ar) transformam
em produtos de ferrugem mais oxidados, por exemplo:
ou desidratação para óxidos hidratados do ferro (ferrugem).
Passo 8
Papel do
e do
— por que a corrosão fica mais severa:
-
aumenta a condutividade da solução (facilita a corrente iônica), acelerando processo. -
não é apenas espectador: migra para o ânodo e pode complexar formando sais solúveis como :
o que evita a proteção por filmes insolúveis e favorece ataques localizados (pitting).
- Se a polarização anódica for alta, pode ocorrer também oxidação de cloreto para cloro gasoso (reação concorrente):
mas, em condições normais de corrosão do ferro em água aerada à potenciais moderados, a oxidação do ferro é o caminho principal.
Passo 9
Outras reações catódicas possíveis (quando não houver oxigênio):
- Se o meio estiver desoxigenado ou o oxigênio for consumido, a redução de água (evolução de hidrogênio) pode ocorrer no cátodo:
Isso também gera
e permite precipitação de hidróxidos, mas produz bolhas de
.
Passo 10
Resumo prático e como reconhecer na prova (dica):
- Identifique qual eletrodo está ligado ao polo positivo → esse é o ânodo, lá ocorre
. - Identifique presença de
→ então no cátodo ocorre reduzido a . - Combine as meias-reações multiplicando para igualar elétrons e some para obter a equação global; cite precipitação de hidróxidos e o papel de
.
Resposta
Esquema: barra de Fe ligada ao polo positivo da fonte (ânodo, oxidação: elétrons saem) e outra barra de Fe ligada ao polo negativo (cátodo, redução: elétrons entram); íons conduzem corrente na solução de NaCl aerada.
Ânodo (oxidação do ferro):
Cátodo (redução do oxigênio, solução aerada):
Ânodo (oxidação do ferro):
Cátodo (redução do oxigênio, solução aerada):