(UFMG) Na cozinha de uma casa, foram feitos quatro experimentos para descobrir-se em que condições uma esponja de lã de aço se oxidava mais rapidamente. Nesta tabela, estão descritas as condições em que os experimentos foram realizados e quais deles resultaram em oxidação do ferro metálico:
Experimento
Condições
Oxidação da esponja
I
Esponja seca, em contato com o ar seco
Não
II
Esponja úmida, em contato com o ar seco
Sim
III
Esponja parcialmente mergulhada em água
Sim
IV
Esponja completamente mergulhada em água fervida
Não
A primeira etapa da oxidação do ferro metálico é a conversão de
em Fe
.
Considerando-se os experimentos descritos e seus resultados, é correto afirmar que a equação que, mais provavelmente, representa essa primeira etapa é:
a)
b)
c)
d)
| Experimento | Condições | Oxidação da esponja |
| I | Esponja seca, em contato com o ar seco | Não |
| II | Esponja úmida, em contato com o ar seco | Sim |
| III | Esponja parcialmente mergulhada em água | Sim |
| IV | Esponja completamente mergulhada em água fervida | Não |
Considerando-se os experimentos descritos e seus resultados, é correto afirmar que a equação que, mais provavelmente, representa essa primeira etapa é:
a)
b)
c)
d)
Passo 1
O que o enunciado pede: escolher, entre as alternativas dadas, a equação que mais provavelmente representa a PRIMEIRA etapa da oxidação do ferro metálico, isto é, a conversão de
em
.
Informações fornecidas pelos experimentos (resumo dos resultados da tabela):
Informações fornecidas pelos experimentos (resumo dos resultados da tabela):
- Experimento I: esponja seca, em contato com ar seco → oxidação: Não.
- Experimento II: esponja úmida, em contato com ar seco → oxidação: Sim.
- Experimento III: esponja parcialmente mergulhada em água → oxidação: Sim.
- Experimento IV: esponja completamente mergulhada em água fervida → oxidação: Não.
Passo 2
Entender o que significa "primeira etapa:
→
".
- Oxidação, em química, significa perda de elétrons. Para o ferro metálico isso costuma ser:
ou seja, o ferro perde dois elétrons e fica com carga
. Isso é o que a alternativa final deve representar, direta ou indiretamente (por exemplo formando um composto no qual o ferro está no estado
).
Passo 3
Observação importante sobre os reagentes exigidos nas alternativas e o que cada experimento nos diz sobre presença/ausência desses reagentes:
- Ar seco contém
(oxigénio), mas não contém água livre. Experimento I (ar seco + esponja seca) não deu oxidação → indica que apenas no ar, sem água, não é suficiente para a primeira etapa. - Esponja úmida em ar seco (Experimento II) apresentou oxidação → indica que a presença de água JUNTAMENTE com
permite a oxidação. - Esponja parcialmente mergulhada (Experimento III) tem simultaneamente água e contato com o ar (ou seja,
disponível na interface) → oxidação ocorre, consistente com necessidade de ambos. - Esponja completamente mergulhada em água fervida (Experimento IV) não oxidou. Água fervida tem muito pouco
dissolvido porque o aquecimento expulsa gases dissolvidos → sugere que, mesmo com água presente, a AUSÊNCIA de impede a oxidação.
Conclusão interina: os dados experimentais apontam que são necessários ao mesmo tempo água e oxigénio dissolvido/atmosférico para que ocorra a primeira etapa da oxidação.
Passo 4
Analisar a natureza dos produtos nas alternativas e verificar se contêm
:
- Alternativa (a):
. Aqui o produto contém ferro com oxidação (porque é ), então do ponto de vista do estado de oxidação dá . Porém esta reação exige apenas (nenhuma água). - Alternativa (b):
. Produto tem , mas a reação exige apenas água (nenhuma ). - Alternativa (c):
. Produto tem ferro no estado (cada é , dois ferro ). Esta reação exige tanto quanto água. - Alternativa (d):
. Produto com , mas exige apenas água.
Passo 5
Confrontar cada alternativa com os resultados experimentais (aplicar o raciocínio do Passo 3):
- Se a alternativa (a) fosse a correta (só
necessário), então no Experimento I, onde havia ar seco (ou seja, disponível), deveríamos ver oxidação. Mas o Experimento I mostrou NÃO. Logo (a) é inconsistente com os dados. - Se a alternativa (b) fosse correta (só
necessário), então no Experimento IV, em que a esponja ficou completamente mergulhada em água fervida (muita água presente), deveríamos ver oxidação. Mas o Experimento IV mostrou NÃO (e sabemos que água fervida tem quase nada de dissolvido). Logo (b) é inconsistente. - Mesma razão para (d): exige apenas água; Experimento IV com água fervida não mostrou oxidação → (d) inconsistente.
- Alternativa (c) exige simultaneamente
e . Verificações: - Experimento I (só
, sem água) → não ocorre (ok, consistente). - Experimento II (água presente + ar seco com
) → ocorre (ok). - Experimento III (parcialmente mergulhada: água + acesso ao
do ar) → ocorre (ok). - Experimento IV (água fervida: água presente, porém pouco/nada de
dissolvido) → não ocorre (ok).
Portanto (c) é consistente com todos os quatro resultados experimentais.
- Experimento I (só
Passo 6
Explicar mecanisticamente, de forma simples, por que a presença simultânea de água e oxigénio faz sentido para a formação de
:
- A água funciona como meio que facilita a movimentação de íons e pode fornecer
que complexam o , formando . Ou seja, a água ajuda a estabilizar o íon ferro . - O oxigénio molecular
age como aceitador de elétrons (agente oxidante) que possibilita que o ferro metálico perca elétrons e passe a . - Sem
dissolvido (água fervida) não há quem aceite os elétrons que o ferro perderia, então a oxidação não prossegue; sem água não há meio para estabilizar os íons e completar a seqüência de passos que levam à formação de hidróxidos, portanto também não ocorre eficientemente (ar seco).
Passo 7
Verificação final do estado de oxidação em (c): na fórmula
cada grupo
tem carga
. Dois grupos dão
, logo o ferro tem carga
. Assim a equação (c) representa corretamente a conversão inicial
→
, conforme pedido.
Resposta
c)