Para proteger navios, encanamentos ou tanques subterrâneos de armazenamento de combustível, é comum a utilização da proteção catódica. Qual, dentre as reações abaixo, representa uma proteção catódica viável para uma tubulação de ferro enterrada no solo?
Dados de
:
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(B)
(C)
(D)
(E)
Passo 1
O enunciado pede: escolher, entre as reações (A) a (E), qual representa uma proteção catódica viável para uma tubulação de ferro enterrada no solo.
Dados relevantes fornecidos (potenciais-padrão de redução, peguei esses valores do enunciado):
As opções de reação são (copiadas do enunciado):
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
O objetivo: identificar qual reação descreve uma proteção catódica viável (isto é, um metal que se oxida preferencialmente, ficando o ferro protegido como cátodo).
Passo 2
Conceito-fácil e prático (a “aula” rápida e amigável):
-
Proteção catódica por anodo sacrificial funciona assim: colocamos um metal que se oxida mais facilmente do que o ferro. Esse metal (anodo) dá elétrons e vira íons; o ferro fica no papel de cátodo e não se oxida. Em linguagem de potenciais: o metal sacrificial deve ter potencial de redução padrão mais negativo (ou seja, ser menos nobre) que o do ferro.
-
Para decidir se uma reação do tipo
é espontânea, calcule o potencial padrão da célula:
Aqui o cátodo é a meia-reação que reduz (no nosso caso a redução desejada é
com
). O ânodo (na expressão) é a meia-reação de redução do metal sacrificial
com seu
vindo da tabela.
-
Se
, a reação escrita (metal oxidando + reduzindo) é espontânea, ou seja, o metal se oxida e protege o ferro. Se , a reação não ocorre espontaneamente nesse sentido (o ferro tenderia a oxidar). -
Importante: além da espontaneidade, praticidade importa. Metais extremamente reativos (ex.: sódio metálico) reagem violentamente com água/solo e raramente são usados como anodos sacrificiais reais.
Passo 3
Calcular
para cada opção válida do tipo metal +
metal
.
Fórmula que vamos usar (novamente):
Substituindo
:
- Opção (B),
:
Resultado:
→ espontânea no sentido escrito (o zinco se oxida, ferro reduzido) — bom para proteção.
- Opção (C),
:
Resultado:
→ não espontânea no sentido escrito; estanho não serve como anodo sacrificial frente ao ferro.
- Opção (D),
:
Resultado:
→ espontânea termodinamicamente (o sódio metálico se oxida facilmente). Porém, sódio metálico é extremamente reativo com água e solo, portanto impraticável como proteção catódica real.
- Opção (E),
:
Resultado:
→ não espontânea no sentido escrito; na prática o cobre é mais nobre e faria o ferro oxidar (o contrário do desejado), portanto cobre não protege ferro.
Passo 4
Análise da opção (A) (porque ela é escrita de modo diferente):
Note que
tem
(redução) e
(redução). A reação escrita mostra as duas espécies no lado reagente como se ambas fossem reduzidas — isso não faz sentido como combinação direta de duas reduções. A forma espontânea envolvendo iodo e ferro seria na verdade:
ou seja, o ferro oxida e o iodo reduz; o potencial padrão para essa reação (no sentido mostrado agora) é
positivo — isso indica que o ferro seria corroído (oxida) na presença de iodo, exatamente o contrário do que se quer para proteção. Portanto (A) não descreve proteção catódica do ferro.
Passo 5
Resumo dos resultados práticos:
- Reações termodinamicamente espontâneas no sentido escrito (metal se oxida e ferro se reduz): opções envolvendo
e (B e D) têm . - Dentre essas duas, sodium metálico é impraticável como anodo sacrificial em solo (reage violentamente com água/umidade, difícil de manejar). Zinco, por outro lado, é um anodo sacrificial clássico e amplamente usado para proteção catódica de ferro/ aço enterrado ou submerso.
- As opções com
e (C e E) não são espontâneas no sentido de proteger o ferro; cobre inclusive é mais nobre e favorece a corrosão do ferro.
Passo 6
Conclusão lógica: a reação com zinco é eletroquimicamente espontânea no sentido de proteger o ferro e, além disso, é prática para uso como anodo sacrificial em proteção catódica.
Resposta
(B)