Semi-equação Potencial de redução, E^circ, (em Volt)*
Fe^3+(aq)+3 e^- <=ftharpoons Fe(s) -0,04
12 O2(g)+H2 O(ell)+2 e^- <=ftharpoons 2 OH^-(aq) +0,40
*valores aproximados
No dia 25 de novembro de 2007, uma parte da arquibancada do Estádio Otávio Mangabeira, a Fonte Nova, cedeu sob impacto de torcedores, durante uma comemoração, provocando grande tragédia. Uma das causas do acidente foi o desgaste, pela corrosão, da estrutura de ferro do concreto armado.
Diariamente, a corrosão ocasiona estragos, muitas vezes invisíveis, em milhões de construções, navios, veículos automotivos, dentre outros. No mundo, calcula-se que 20 % do ferro produzido destina-se à reposição daquele que foi enferrujado. A corrosão do ferro é um processo eletroquímico complexo, em que ocorre a formação de diversos compostos e a participação de impurezas existentes no material. Considerando-se os dados constantes da tabela representada acima, é possível compreender, de forma simplificada, esse processo.
A partir da análise dessas considerações, com base nos dados da tabela e admitindo que a ferrugem é constituída apenas por hidróxido de ferro (III),
30a) determine a ddp da pilha formada entre o ferro e o oxigênio e identifique se a corrosão do ferro é um processo espontâneo.
30b) mencione dois fatores eletroquímicos que condicionaram a corrosão da estrutura de ferro do concreto armado do Estádio Otávio Mangabeira e apresente uma explicação que justifique a aceleração desse processo na presença de substâncias ácidas, a exemplo do CO2 e SO2, em meio aquoso.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre corrosão do ferro de um jeito bem tranquilo! A parada aqui envolve eletroquímica, especificamente células eletroquímicas, e a questão nos dá duas semi-equações com seus potenciais de redução. Vamos precisar calcular a diferença de potencial da pilha formada entre o ferro e o oxigênio para ver se a corrosão é espontânea. Além disso, vamos falar sobre os fatores que influenciam esse processo, especialmente na presença de substâncias ácidas como o CO₂ e o SO₂.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as duas semi-equações que temos na tabela:
  1. Redução do Fe³⁺:
    Fe^3+(aq) + 3 e^- <=ftharpoons Fe(s) E^circ = -0,04,V
  2. Redução do O₂:
    12 O2(g) + H2O(ell) + 2 e^- <=ftharpoons 2 OH^-(aq) E^circ = +0,40,V

Passo 3

Para formar uma pilha eletroquímica, precisamos de um ânodo (onde ocorre a oxidação) e um cátodo (onde ocorre a redução). O potencial de redução maior vai atuar como cátodo, e o outro como ânodo.
Aqui, a redução do O₂ tem $ E^{\circ} = +0,40,V $ e do Fe³⁺ tem $ E^{\circ} = -0,04,V $. Como +0,40 V é maior que -0,04 V, o oxigênio será o cátodo e o ferro será o ânodo.

Passo 4

Agora, vamos calcular a diferença de potencial $ \Delta E^{\circ} $ da pilha:
Deáâ
Substituindo os valores:
De

Passo 5

A diferença de potencial positiva ($ +0,44,V $) indica que a reação ocorre espontaneamente. Isso significa que, na pilha formada entre o ferro e o oxigênio, a corrosão do ferro é um processo espontâneo.

Passo 6

Agora, vamos para a parte 30b. Dois fatores eletroquímicos que influenciam a corrosão do ferro são:
  1. Presença de eletrólitos: A água atua como eletrólito, facilitando o movimento dos íons e permitindo que as reações eletroquímicas ocorram.
  2. Diferença de potencial entre os materiais: A diferença nos potenciais de redução dos componentes da estrutura cria áreas de anodo e cátodo, promovendo a corrosão.

Passo 7

Quando substâncias ácidas como CO₂ e SO₂ estão presentes em meio aquoso, elas se dissolvem formando ácidos (como o ácido carbônico e o ácido sulfúrico). Esses ácidos aumentam a condutividade da solução, acelerando o fluxo de íons. Além disso, os íons H⁺ dos ácidos podem reagir com os elétrons cedidos pelo ferro, aumentando a taxa de oxidação do ferro e, consequentemente, a corrosão.

Resposta

a) A diferença de potencial da pilha formada entre o ferro e o oxigênio é de +0,44 V, indicando que a corrosão do ferro é um processo espontâneo.
b) Dois fatores eletroquímicos que condicionaram a corrosão da estrutura de ferro foram a presença de eletrólitos e a diferença de potencial entre os materiais. A presença de substâncias ácidas como CO₂ e SO₂ acelera a corrosão ao aumentar a condutividade da solução e favorecer a oxidação do ferro.

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