Uma fita de um determinado metal (que pode ser cobre, chumbo, zinco ou alumínio) foi enrolada em torno de um prego de ferro, e ambos mergulhados numa solução de água salgada.
Observou-se, após algum tempo, que o prego de ferro foi bastante corroído.
Dados os potenciais-padrão de redução,
\begin{tabular}{|l|l|l|l|l|l|}
\hline \mathrm{Cu}^{2+} & & (aq) +2 \mathrm{e}^{-} & & & ( E^{\circ}=+0,34 \mathrm{~V} ) \
\hline \mathrm{Pb}^{2+} & & { }_{(\mathrm{aq})}+2 \mathrm{e}^{-} & \_\_\_\_ & \mathrm{Pb}_{(\mathrm{s})} & \
\hline \mathrm{Fe}^{2+} & & { }_{(\mathrm{aq})}+2 \mathrm{e}^{-} & \multicolumn{2}{|r|}{ \mathrm{Fe}{ }_{(\mathrm{s})}} & ( E^{\circ}=-0,44 \mathrm{~V} ) \
\hline \mathrm{Zn}^{2+} & (aq) + & \mathrm{e}^{-} & → & \mathrm{Zn}(\mathrm{s}) & ( E^{\circ}=-0,76 \mathrm{~V} ) \
\hline \mathrm{Al}^{3+} & (aq) & +3 \mathrm{e}^{-} & & \mathrm{Al}_{(\mathrm{s})} & ( E^{\circ}=-1,66 \mathrm{~V} ) \
\hline

Passo 1

O que o enunciado pede: identificar qual dos metais (cobre, chumbo, zinco ou alumínio) formou a fita que foi enrolada no prego de ferro, sabendo que depois de um tempo o prego de ferro ficou bastante corroído.
Informações relevantes dadas no enunciado (retirei os valores da tabela fornecida):
  • Potencial-padrão de redução de \mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu}: \;E^{\circ}=+0,34\\ \mathrm{V}.
  • Potencial-padrão de redução de \mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe}: \;E^{\circ}=-0,44\\ \mathrm{V}.
  • Potencial-padrão de redução de \mathrm{Zn}^{2+}/\mathrm{Zn}: \;E^{\circ}=-0,76\\ \mathrm{V}.
  • Potencial-padrão de redução de \mathrm{Al}^{3+}/\mathrm{Al}: \;E^{\circ}=-1,66\\ \mathrm{V}.
  • O valor de \mathrm{Pb}^{2+}/\mathrm{Pb} não foi apresentado na tabela fornecida (está em branco na tabela).

Passo 2

Conceito essencial (explicado com calma): quando dois metais diferentes ficam em contato elétrico e imersos num eletrólito (aqui, água salgada), ocorre uma célula galvânica. O metal que tem maior tendência a ser reduzido (potencial-padrão de redução mais positivo) vira o cátodo e NÃO se corrói; o metal que tem menor tendência a ser reduzido (potencial mais negativo) age como ânodo e SE OXIDA, ou seja, corrói. Em linguagem mais direta: o metal com potencial-padrão mais negativo é o que perde elétrons (oxida) e corroerá se estiver em contato com um metal de potencial mais positivo.
Fórmula prática que vamos usar: para uma célula formada por dois pares redox, a força eletromotriz padrão é
E^{\circ}_{\text{cel}} = E^{\circ}_{\text{cátodo}} - E^{\circ}_{\text{ânodo}}.áâ
Se \;E^{\circ}_{\text{cel}}>0 a reação espontânea é a que corresponde ao metal do lado do ânodo oxidando-se (ou seja, o ânodo corrói). Para decidir qual metal corrói, comparamos diretamente os valores de E^{\circ}: o menor E^{\circ} (mais negativo) é o ânodo (corrói) quando emparelhado com um metal de E^{\circ} maior.

Passo 3

Comparação concreta: se a fita for de cobre, os potenciais são \;E^{\circ}(\mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu})=+0,34\\ \mathrm{V} e \;E^{\circ}(\mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe})=-0,44\\ \mathrm{V}. O cátodo será o cobre (valor maior) e o ânodo será o ferro (valor menor). Calculamos a força da célula:
E^{\circ}_{\text{cel}} = E^{\circ}_{\text{Cu}} - E^{\circ}_{\text{Fe}} = (+0,34)-(-0,44)=+0,78\\ \mathrm{V}.
Como \;E^{\circ}_{\text{cel}}>0, a reação espontânea envolve ferro oxidando-se (perdendo elétrons) e cobre sendo reduzido: portanto o ferro corrói. Isso explica o prego bastante corroído se a fita for cobre.

Passo 4

Verificação das outras opções para eliminar as que não causariam corrosão do ferro:
  • Se a fita for zinco: \;E^{\circ}(\mathrm{Zn}^{2+}/\mathrm{Zn})=-0,76\\ \mathrm{V}. Comparando com ferro ( -0,44\\ \mathrm{V}), o ferro tem potencial mais positivo, então o ferro seria o cátodo e o zinco o ânodo. Calculamos
E^{\circ}_{\text{cel}} = E^{\circ}_{\text{Fe}} - E^{\circ}_{\text{Zn}} = (-0,44)-(-0,76)=+0,32\\ \mathrm{V}.
Aqui \;E^{\circ}_{\text{cel}}>0 indica que o zinco se oxida (corrói) e protege o ferro. Logo, se a fita fosse zinco, o prego NÃO deveria ficar bastante corroído.
  • Se a fita for alumínio: \;E^{\circ}(\mathrm{Al}^{3+}/\mathrm{Al})=-1,66\\ \mathrm{V}. Comparando com ferro, o alumínio tem potencial muito mais negativo, então o alumínio seria o ânodo e corroeria, protegendo o ferro. Calculamos
E^{\circ}_{\text{cel}} = E^{\circ}_{\text{Fe}} - E^{\circ}_{\text{Al}} = (-0,44)-(-1,66)=+1,22\\ \mathrm{V},
o que mostra que o alumínio se oxida espontaneamente e o ferro fica protegido. Portanto fita de alumínio também não explicaria o prego muito corroído.
  • Sobre chumbo: o enunciado deixou o valor de \mathrm{Pb}^{2+}/\mathrm{Pb} em branco na tabela fornecida, então com estrita fidelidade aos dados do enunciado não podemos usá-lo diretamente. (Para informação extra: o valor tabulado comum é \;E^{\circ}(\mathrm{Pb}^{2+}/\mathrm{Pb})\approx-0,13\\ \mathrm{V}; se usássemos esse número, obteríamos \;E^{\circ}_{\text{cel}} = (-0,13)-(-0,44)=+0,31\\ \mathrm{V}, o que também indicaria ferro como ânodo e corroendo. Mas ressalto que esse valor NÃO foi dado na tabela do enunciado — estava em branco — então não podemos basear a resposta somente nele.)

Passo 5

Conclusão lógica usando apenas os valores fornecidos na tabela: como o prego de ferro ficou bastante corroído, isso indica que o outro metal da fita tinha um potencial-padrão de redução mais positivo que o ferro (ou seja, era mais nobre) — entre as opções cujos potenciais foram efetivamente fornecidos na tabela, o único que satisfaz claramente isso é o cobre ( +0,34\\ \mathrm{V} é maior que -0,44\\ \mathrm{V}). Zinco e alumínio têm potenciais mais negativos e, se fossem a fita, teriam sido eles a corroer, protegendo o ferro. O chumbo não teve seu potencial fornecido na tabela, então não podemos escolhê‑lo com base exclusiva nos dados do enunciado.

Resposta

Cobre

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