(Fatec-SP) Cinco amostras de 300 g de ferro foram utilizadas para fabricar diferentes objetos, que foram levados para diferentes locais.
Identifique a alternativa em que a amostra deverá oxidar-se “enferrujar” mais rapidamente.
a) Limalha de ferro no porto de Santos.
b) Limalha de ferro no sertão semiárido.
c) Um martelo numa fazenda próxima a Manaus.
d) Um monte de pregos no porto de Santos.
e) Um martelo no sertão semiárido.

Passo 1

O enunciado dá cinco amostras de ferro, cada uma com 300\\ \text{g}, transformadas em objetos diferentes e levadas a lugares diferentes. A pergunta é: em qual alternativa a amostra irá oxidar-se (enferrujar) mais rapidamente?
Dados relevantes que o enunciado fornece:
  • Todas as amostras têm a mesma massa ( 300\\ \text{g}).
  • Tipos de objeto/amostra: limalha de ferro, martelo (peça maciça), monte de pregos.
  • Locais: porto de Santos (ar costeiro, salino), sertão semiárido (muito seco), fazenda próxima a Manaus (região amazônica, muito úmida).
    As alternativas são:
    a) Limalha de ferro no porto de Santos.
    b) Limalha de ferro no sertão semiárido.
    c) Um martelo numa fazenda próxima a Manaus.
    d) Um monte de pregos no porto de Santos.
    e) Um martelo no sertão semiárido.

Passo 2

Explicação física-química do que é enferrujamento (aula básica):
  • Enferrujamento é uma reação de oxidação do ferro que requer, essencialmente, presença de água (ou uma película de água) e oxigênio. É um processo eletroquímico, não apenas uma “queima”.
  • Reações importantes (esquemáticas):
\text{Anódica:}\quad \mathrm{Fe} \to \mathrm{Fe^{2+}} + 2e^{-}ó
\text{Catódica (em meio aquoso com O_2):}\quad \mathrm{O_2} + 2\mathrm{H_2O} + 4e^{-} \to 4\mathrm{OH^{-}}ó
As espécies \mathrm{Fe^{2+}} e \mathrm{OH^{-}} formam hidróxidos que, por oxidação e hidratação, dão os óxidos e hidratos conhecidos como “ferrugem” ( \mathrm{Fe_2O_3\cdot nH_2O}).
  • Fatores que aceleram o processo (explicação simples e intuitiva):
    1. Presença de água ou alta umidade: sem água a corrente eletroquímica não fecha e a ferrugem praticamente não ocorre.
    2. Presença de eletrólitos (por ex. cloreto de sódio, sal): o sal dissolve-se na película de água, aumentando a condutividade elétrica e acelerando as reações. Por isso peças metálicas próximas ao mar enferrujam mais rápido.
    3. Superfície exposta: quanto maior a área de contato ferro–ar–água, mais pontos anódicos e catódicos, maior a velocidade total de oxidação. Por isso pó, limalha e superfícies finas oxidam mais rápido que blocos maciços.
    4. Aeração/oxigênio disponível: sem oxigênio suficiente a reação catódica fica limitada. Em partes empilhadas e sem circulação de ar, a ferrugem pode ser mais lenta em algumas regiões.
    5. Temperatura e outras impurezas podem influenciar, mas os pontos acima são os principais para comparar as alternativas dadas.

Passo 3

Aplicando os critérios acima às alternativas (análise detalhada de cada caso):
  • a) Limalha de ferro no porto de Santos.
    • Limalha = muitos pedaços muito pequenos → enorme área de superfície total exposta; cada fragmento tem superfície totalmente acessível ao ar e à água.
    • Porto de Santos = ar costeiro com sal e alta umidade/névoa salina → presença de eletrólito (cloretos) e filmes de água salina sobre as partículas.
    • Conclusão local: combinação “muito grande área” + “ambiente salino e úmido” favorece enferrujamento altíssimo e muito rápido.
  • b) Limalha de ferro no sertão semiárido.
    • Limalha dá grande área, mas o semiárido tem baixa umidade e pouca água disponível; sem filme de água contínuo a reação eletroquímica é severamente limitada.
    • Conclusão local: apesar da área grande, a escassez de umidade faz o processo ser bem mais lento do que em ambiente úmido/salino.
  • c) Martelo numa fazenda próxima a Manaus.
    • Martelo = peça maciça, área de superfície relativamente pequena comparada à limalha.
    • Região de Manaus = clima muito úmido (alto teor de umidade relativa, chuvas frequentes) → água abundante e oxigênio; porém é água doce (sem sal marinho).
    • Conclusão local: condições de umidade muito favoráveis para ferrugem, mas a menor área do martelo reduz a velocidade absoluta quando comparada a uma massa equivalente de limalha. Ainda assim, um martelo em Manaus enferruja rápido comparado a ambientes secos.
  • d) Monte de pregos no porto de Santos.
    • Mesmo sendo no porto (ambiente salino e úmido), o fato de os pregos estarem empilhados/agrupados reduz a área efetivamente exposta; partes internas têm pouca circulação de ar (oxigênio limitado), o que pode criar microambientes (algumas regiões podem ficar úmidas mas pobremente aeradas).
    • Em geral as superfícies externas do monte vão corroer rápido, mas o conjunto de 300 g em forma de monte tem menos superfície livre do que a mesma massa transformada em limalha solta.
    • Conclusão local: enferrujamento acelerado pelo sal, mas, por causa do empilhamento/contato, a taxa média total tende a ser menor que a da limalha solta no mesmo ambiente.
  • e) Martelo no sertão semiárido.
    • Martelo = pouca área; sertão = muito seco → praticamente a combinação menos favorável para ferrugem.
    • Conclusão local: enferrujamento bem lento, provavelmente o mais lento entre as opções.

Passo 4

Comparação final e conclusão lógica:
  • O enferrujamento mais rápido ocorre quando os três ingredientes principais (superfície exposta grande, água/umidade suficiente e eletrólito que aumenta a condutividade) estão simultaneamente presentes.
  • A alternativa (a) junta exatamente esses três fatores: limalha (máxima área exposta) + porto de Santos (umidade alta + sal marinho). Isso gera uma película de água salina em cada fragmento de limalha, permitindo correntes eletroquímicas intensas em toda a massa e, portanto, oxidação muito rápida.
  • As outras alternativas carecem de pelo menos um desses fatores essenciais (ou falta de umidade no semiárido, ou pouca área no martelo, ou contato/empilhamento nos pregos), então não superam (a) em velocidade de enferrujamento.

Resposta

a) Limalha de ferro no porto de Santos.

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