Quando uma placa de cobre é posta em contato direto com uma placa de zinco, sendo ambas imersas em um eletrólito composto por solução aquosa de cloreto de sódio, se observa a corrosão da placa de zinco. No entanto, se em um processo eletrolítico a placa de zinco for ligada ao polo negativo (cátodo), o zinco não sofrerá corrosão. Apresente as semirreações que ocorrerão em cada sistema (galvânico e eletrolítico).
Passo 1
O enunciado apresenta dois sistemas e pede as semirreações que ocorrem em cada um:
- Sistema galvânico: uma placa de cobre em contato direto com uma placa de zinco, ambas imersas em solução aquosa de NaCl. Observação experimental: a placa de zinco sofre corrosão (ou seja, se oxida).
- Sistema eletrolítico: uma placa de zinco ligada ao polo negativo (cátodo) em um processo eletrolítico; observa-se que o zinco não se corrói (ou seja, não se oxida).
O que se pede: escrever as semirreações (meio reação anódica e catódica) que ocorrem em cada sistema.
Passo 2
Rápida revisão do que é semirreação e dos termos que usaremos (sem pular etapas):
- Semirreação é a equação que descreve só a oxidação (perda de elétrons) ou só a redução (ganho de elétrons).
- Oxidação ocorre no ânodo; redução ocorre no cátodo.
- Em uma célula galvânica (geradora espontânea), a reação global é espontânea e eletróns fluem do ânodo (onde ocorre oxidação) para o cátodo.
- Em um eletrolito (eletrólito = solução condutora), as espécies íonicas permitem fechar o circuito iônico.
- Em um processo eletrolítico externo aplica-se uma fonte de tensão que impõe qual eletrodo é catodo (polo negativo) e ânodo (polo positivo), podendo forçar reações não espontâneas.
Passo 3
Entendendo o porquê da corrosão do zinco em contato com cobre (galvânico) — explicação didática:
- O zinco é menos nobre (potencial de redução mais negativo) que o cobre; portanto, quando os metais se tocam em presença de eletrólito, o zinco tende a oxidar espontaneamente (perde elétrons) e o cobre funciona como o eletrodo onde ocorre a redução.
- Na solução aquosa de NaCl, há eletrólito para conduzir íons e há oxigénio dissolvido no ar que age como aceitador de elétrons (reagente que se reduz). Em condições aeradas a reação de redução mais provável no cátodo é a redução do oxigénio dissolvido.
- Escrevendo as semirreações principais (anódica e catódica) para o caso aerado:
- Para obter a reação global, iguala-se os elétrons (multiplica-se a oxidação por 2) e soma-se:
- Os íons
podem combinar com e precipitar como hidróxido de zinco ou evoluir para óxidos dependendo do pH e do tempo, mas a etapa chave que causa corrosão é a oxidação do zinco indicada acima.
Passo 4
Observação sobre outra possibilidade (caso não haja oxigénio):
- Se o banho estiver desareado (sem oxigénio), a redução que pode ocorrer no cátodo é a redução da água produzindo hidrogénio. A semirreação catódica alternativa é:
- Com essa catódica, a anódica do zinco continua a ser
, e a combinação dá formação de e evolução de . Em geral, em ambientes comuns (aerados), a redução do é a maioria dos casos.
Passo 5
Agora o caso eletrolítico: zinco ligado ao polo negativo (cátodo) — por que o zinco não se corrói?
- Quando a placa de zinco é conectada ao polo negativo de uma fonte externa, ela é o cátodo. No cátodo ocorre redução (ganho de elétrons). Isso faz com que, ao invés de o zinco metálico perder elétrons (oxidar), ele receba elétrons (reduz) se houver
na solução — na prática, o potencial aplicado impede a oxidação do zinco e pode até promover o depósito de zinco metálico sobre a placa. - A semirreação catódica que protege o zinco é a redução do íon zinco:
- No outro eletrodo (ânodo, polo positivo da fonte) ocorre uma oxidação forçada que completa o circuito. Em solução aquosa de NaCl as oxidações possíveis no ânodo são:
- oxidação de cloreto a cloro gasoso (com potencial favorável se a concentração de
e sobrepotenciais permitirem):
- oxidação de cloreto a cloro gasoso (com potencial favorável se a concentração de
- ou, dependendo das condições, oxidação da água a oxigénio:
- O ponto importante: porque o zinco é cátodo, ele não se oxida; a oxidação acontece no ânodo externo (geralmente numa outra placa ou eletrodo inerte), por isso não há corrosão da placa de zinco enquanto ela for mantida como cátodo.
Passo 6
Resumo físico e prático (para lembrar na prova):
- Galvânico (contato Cu–Zn em NaCl, ambiente aerado): zinco = ânodo (oxida), cobre = onde ocorre redução (redução do
é típica). Resultado: dissolução do zinco. - Eletrolítico (zinco ligado ao polo negativo): zinco = cátodo (reduz), não se dissolve; a oxidação passa a ocorrer no eletrodo positivo (contraeletrodo), por exemplo oxidação de
ou de .
Resposta
Galvânico (contato Zn–Cu em solução de NaCl, aerado):
Eletrolítico (Zn ligado ao polo negativo — cátodo):