2- (1 ponto) Por que a corrosão do ferro é espontànea na presença de ar atmosférico úmido, enquanto que em condicāes úmidas, mas sem a presença de gás oxigénio a processo de corrosão ocorre em pequena escala?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a corrosão do ferro é espontânea na presença de ar atmosférico úmido, enquanto em condições úmidas sem oxigénio o processo ocorre em pequena escala. As informações fornecidas (potenciais padrão de redução) são:
Estas três equações são potenciais de redução padrão. O objetivo é comparar pares de semi‑reações (uma como oxidação e outra como redução) para ver quando a reação global é termodinamicamente favorável (espontânea).
Passo 2
Conceito essencial: para uma reação redox espontânea sob condições padrão com duas semi‑reações, calcula‑se o potencial da célula por
Explicando as palavras:
-
é o potencial de redução da semi‑reação que atua como redução (onde ganham‑se electrões). -
é o potencial de redução da semi‑reação que será invertida (ou seja, aquela que se oxida; perde electrões). - Se
a reação global é termodinamicamente espontânea em condições padrão; se não é espontânea (pelo menos sob condições padrão).
Também vale lembrar, de forma prática: o ferro metálico oxida‑se transformando‑se em
(isso é uma oxidação), então a semi‑reação do ferro como dada deve ser invertida quando o ferro atua como ânodo.
Passo 3
Caso com presença de oxigénio (ar úmido):
- O ferro age como ânodo: a semi‑reação de oxidação é a inversa de
. Como potencial de redução padrão dessa equação é , mantemos esse como valor de referência para o cálculo (lembrando que no ânodo a reação ocorre no sentido inverso). - O oxigénio dissolvido na água age como cátodo, reduzindo‑se segundo
com .
Calculamos então o potencial padrão da célula:
Como
, a corrosão do ferro é termodinamicamente espontânea quando existe
presente. Interpretação física simples: o ferro perde electrões facilmente, esses electrões são aceites pelo oxigénio dissolvido formando
, e a água serve como eletrólito que permite o movimento de iões. Por isso o ferro enferruja com facilidade no ar úmido.
Passo 4
Caso sem oxigénio (apenas água úmida,
ausente):
- O ânodo continua sendo a oxidação do ferro (inversa da equação dada para
com ). - Como não há
disponível, a redução possível é a redução da água produzindo hidrogénio gasoso: com .
Calculamos o potencial padrão da célula para esse par:
Como
, essa reação global, sob condições padrão, não é termodinamicamente espontânea; portanto a corrosão é muito reduzida. Em linguagem prática: reduzir água a
(ganhar electrões) é energeticamente mais difícil do que reduzir
, logo o ferro não “entrega” electrões tão facilmente se o aceitador eficiente (
) não estiver presente.
Passo 5
Por que ainda existe alguma corrosão mesmo sem
? Três pontos importantes, explicados de forma prática:
- Condições reais não são as padrão: concentrações, pH, temperatura alteram os potenciais via equação de Nernst. Em especial, ácido local (por exemplo CO2 dissolvido formando ácido carbónico) aumenta a tendência à evolução de hidrogénio e pode tornar a corrosão mais possível.
- Cinética e superfícies: mesmo que a termodinâmica diga “não espontâneo” em padrão, defeitos na superfície, catalisadores, presença de iões e microcélulas locais permitem reações em pequena escala. A evolução de
tem overpotencial, mas pode ocorrer em sítios ativos. - Outros oxidantes ou microrganismos: sais, sulfatos, bactérias etc. podem atuar como aceitadores de electrões e favorecer corrosão anaeróbica localizada.
Resumo intuitivo: o oxigénio é um aceitador de electrões forte e permite um par redox com
positivo (a corrosão é espontânea e rápida). Sem oxigénio, o aceitador disponível (redução da água a
) tem potencial muito mais negativo, dando
negativo e, portanto, corrosão muito mais lenta — só ocorrendo significativamente quando outras condições locais favorecem o processo.
Resposta
Com
:
→ corrosão espontânea (rápida).
Sem :
→ não espontâneo em condições padrão (corrosão em pequena escala devido a não‑idealidades, pH local, cinética e outros oxidantes).
Sem