Explique, escrevendo as reações parciais e equação global de oxirredução, o que ocorre, decorrido certo tempo, numa chapa de ferro imersa em água do mar, se ao longo da chapa tem-se uma diferente agitação da água.
Passo 1
O enunciado pede que eu explique — mostrando as reações parciais (anódica e catódica) e a equação global de oxirredução — o que acontece, após certo tempo, numa chapa de ferro imersa em água do mar quando ao longo da chapa há diferente agitação da água.
Informações relevantes dadas (implícitas no enunciado):
Informações relevantes dadas (implícitas no enunciado):
- Há uma chapa de ferro (Fe) em contato com água do mar (solução eletrolítica salgada).
- Ao longo da chapa a agitação da água varia (regiões mais agitadas e menos agitadas).
- Deve-se explicar o processo que ocorre com o passar do tempo e escrever as reações parciais e a equação global de oxirredução.
Passo 2
Conceitos básicos (bem mastigados) que vou usar — o que cada termo significa e por que importa:
- Oxidação: processo em que uma espécie perde elétrons. Exemplo geral:
. Quem perde elétrons é o ânodo numa célula eletroquímica. - Redução: processo em que uma espécie ganha elétrons. Exemplo geral:
. Quem ganha elétrons é o cátodo. - Anodo e cátodo: numa superfície metálica imersa, partes que oxidam (perdem metal) são ânodos locais; partes onde ocorre redução (ganho de elétrons por outra espécie, normalmente oxigênio dissolvido na água) são cátodos locais.
- Por que agitação importa: agitação aumenta a renovação do oxigênio dissolvido junto à superfície. Partes mais agitadas têm mais oxigênio disponível (facilitando a reação de redução do oxigênio) e tendem a ser catódicas; partes menos agitadas têm menos oxigênio e tornam-se anódicas, onde o ferro se oxida. Esse fenómeno chama‑se célula por aeration diferencial (célula de diferenciação por oxigenação).
Passo 3
Escrever a reação anódica (oxidação do ferro) e explicar cada termo:
- A reação de corrosão mais simples do ferro é a perda de elétrons para formar íons ferroso:
Explicação: cada átomo de ferro metálico perde dois elétrons para virar íon
. Esses elétrons fluem através do metal até chegarem às regiões catódicas, onde serão consumidos.
Passo 4
Escrever a reação catódica mais comum em água do mar (redução do oxigénio) e explicar:
- Em água neutra ou ligeiramente básica (como a água do mar), a redução do oxigénio dissolvido ocorre tipicamente assim:
Explicação:
(oxigénio dissolvido) recebe elétrons e, com água, forma íons hidroxila
. Essa reação precisa de elétrons fornecidos pela oxidação do ferro.
Observação sobre alternativa: se não houver oxigénio suficiente (situações muito restritas), a reação catódica pode envolver redução da água para produzir hidrogênio:
mas em água do mar oxigenada a redução do oxigénio é a dominante.
Passo 5
Balanceamento elétrons e equação global de oxirredução:
- A reação anódica dá
por átomo de Fe; a catódica consome . Para balancear, multiplica-se a anódica por 2 e soma-se com a catódica:
Somando:
Explicação: essa é a equação global que descreve a corrosão do ferro quando a redução do oxigénio é a reação catódica.
Passo 6
O que acontece com os íons formados — precipitação e formação de “ferrugem”:
- Os
produzidos reagem com os formados e podem precipitar como hidróxido de ferro(II):
- O
é facilmente oxidado (pelo oxigénio dissolvido) a hidróxido de ferro(III):
- O
desidrata e, com o tempo, forma óxidos/hidróxidos hidratados conhecidos como ferrugem, aproximando‑se de fórmulas do tipo
(escrevi a fórmula genérica porque a ferrugem é uma mistura de espécies hidratadas).
Passo 7
Como a diferença de agitação cria células locais e o efeito prático na chapa
- Regiões mais agitadas têm mais oxigénio dissolvido → comportamento catódico (ali ocorre a redução do oxigénio). Regiões menos agitadas têm menos oxigénio → comportam‑se como ânodos, oxidando o ferro.
- Portanto, os pontos menos agitadas corroem (perdem ferro) e formam cavidades/pites; os pontos mais agitadas ficam protegidos (não perdem ferro) porque ali consome‑se os elétrons produzidos nas regiões anódicas.
- Esse tipo de corrosão localizada é muito eficaz em deteriorar a chapa: o ataque é concentrado nos ânodos locais (áreas com pouca renovação de oxigénio).
Passo 8
Papel da água do mar (cloretos e condutividade) e agravantes
- A água do mar é condutora (devido a
, , etc.), facilitando o fluxo de íons e corrente iônica entre ânodo e cátodo. - O íon
favorece a corrosão por várias vias: rompe camadas protetoras, forma espécies solúveis como e aumenta a instabilidade das películas passivas, promovendo pites. - Resultado prático: corrosão mais rápida e localizada do que em água doce.
Passo 9
Resumo prático do que se observa, com o passar do tempo
- Nas regiões menos agitadas: perda de ferro (corrosão ativa), afundamento/pitting, formação inicial de
e precipitados verdes‑azulados ( ) que evoluem para ferrugem marrom‑avermelhada ( ). - Nas regiões mais agitadas: são catódicas, ficam relativamente menos corroídas; porém, ali se consome oxigénio e se formam
localmente. - Em termos elétricos: elétrons fluem do ânodo (zona pouco oxigenada) para o cátodo (zona rica em oxigénio) através do metal; íons se deslocam na solução compensando a corrente.
Passo 10
Medidas que geralmente se usam (apenas para contexto, motivações de prova)
- Proteção catódica (ânodos de sacrifício), revestimentos, pinturas e controle da circulação/oxigenação são formas de reduzir esse tipo de corrosão por aeration differential.