Explique porque o chumbo na natureza geralmente é encontrado como galena (PbS), enquanto o ferro é geralmente encontrado como hematita
.
Passo 1
Beleza, o problema pede pra gente entender por que, na crosta da Terra, o chumbo “gosta” de se juntar com enxofre e virar galena (PbS), enquanto o ferro “gosta” de se juntar com oxigênio e virar hematita (Fe₂O₃).
Conteúdo: química inorgânica/geoquímica, focando em solubilidade (produto de solubilidade Kₛₚ) e condições redox (diagramas Eh–pH). A gente vai precisar entender:
Conteúdo: química inorgânica/geoquímica, focando em solubilidade (produto de solubilidade Kₛₚ) e condições redox (diagramas Eh–pH). A gente vai precisar entender:
- Produto de solubilidade (Kₛₚ) e precipitação.
- Diagrama Eh–pH (ambientes oxidante vs. redutor).
- Classificação geoquímica de Goldschmidt (afinidades por S ou O).
Passo 2
Primeiro, lembra o que é Kₛₚ: para um sal genérico AB(s) ⇌ A⁺ + B⁻, o Kₛₚ = [A⁺]·[B⁻]. Quanto menor o Kₛₚ, mais “insolúvel” é o sólido, ou seja, ele precipita fácil.
No caso da galena:
PbS(s) ⇌ Pb²⁺ + S²⁻
Kₛₚ ≈ 10⁻²⁸ (muito pequeno!)
Isso significa que, se houver Pb²⁺ e S²⁻ na água, é praticamente impossível mantê-los dissolvidos juntos: eles logo formam PbS(s).
No caso da galena:
PbS(s) ⇌ Pb²⁺ + S²⁻
Kₛₚ ≈ 10⁻²⁸ (muito pequeno!)
Isso significa que, se houver Pb²⁺ e S²⁻ na água, é praticamente impossível mantê-los dissolvidos juntos: eles logo formam PbS(s).
Passo 3
Agora, e por que tem muito S²⁻ “rolando” junto com Pb²⁺? Em veios hidrotermais (águas quentes subterrâneas), o ambiente costuma ser levemente redutor (pH médio a alcalino, Eh baixo), liberando S²⁻ (de H₂S, por exemplo). O Pb²⁺ dissolvido nessas águas encontra S²⁻ e, devido ao Kₛₚ baixíssimo, precipita como galena.
Teoria envolvida:
Teoria envolvida:
- Em ambientes redutores (Eh baixo), enxofre existe como S²⁻ ou HS⁻.
- Elementos chalcófilos (Goldschmidt) como Pb “preferem” se ligar a enxofre.
Passo 4
Por outro lado, na crosta exposta ao ar e à água, o ambiente é bem oxidante (Eh alto) e levemente ácido a neutro. Nesses cenários:
Fe³⁺ é estável e se combina com O²⁻ para formar óxidos.
A reação tipo é:
2 Fe³⁺ + 3 OH⁻ ⇌ Fe₂O₃·3 H₂O (goethita) → com desidratação dá Fe₂O₃ (hematita)
O Kₛₚ efetivo de Fe₂O₃ em pH ~7 é também muito baixo, então o ferro precipita como óxido de forma espontânea.
Teoria:
Fe³⁺ é estável e se combina com O²⁻ para formar óxidos.
A reação tipo é:
2 Fe³⁺ + 3 OH⁻ ⇌ Fe₂O₃·3 H₂O (goethita) → com desidratação dá Fe₂O₃ (hematita)
O Kₛₚ efetivo de Fe₂O₃ em pH ~7 é também muito baixo, então o ferro precipita como óxido de forma espontânea.
Teoria:
- Em ambientes oxidantes (Eh alto), o oxigênio domina e metais formam oxi-sais.
- Ferro é um elemento litófilo (Goldschmidt), com afinidade por oxigênio.
Passo 5
Resumindo as condições naturais:
- Onde o ambiente é redutor (águas profundas, veios hidrotermais), sulfetos são favorecidos → PbS (galena).
- Onde o ambiente é oxidante (superfície, solos, águas correntes com O₂), óxidos são favorecidos → Fe₂O₃ (hematita).
Resposta
O chumbo aparece como galena porque em ambientes redutores com S²⁻ sua solubilidade é tão baixa (Kₛₚ ∼10⁻²⁸) que ele precipita imediatamente como PbS. Já o ferro, em ambientes oxidantes, forma facilmente Fe³⁺ que se combina com O²⁻ para precipitar como hematita (Fe₂O₃), pois seu óxido também é muito insolúvel nessas condições.