Química Geral ⇒ (UFPR/FADEP 09/2017) Metal de sacrifício

[yasminwaydzik]

50 - A corrosão em artefatos de ferro pode ser evitada, conectando-se um pedaço de zinco metálico ao ferro. Desse modo,
o zinco se oxida preferencialmente ao ferro (ânodo de sacrifício), preservando o artefato, bastando substituir o zinco
quando estiver totalmente oxidado. Essa técnica é conhecida como proteção catódica e é muito utilizada em pontes,
navios e torres. As reações abaixo estão relacionadas ao processo descrito:
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3 ΔHof (Fe2O3) = - 196,5 Kcal/mol
2 Zn + O2 → 2 ZnO ΔHof (ZnO) = - 83,2 Kcal/mol
2 Fe + O2 → 2 FeO ΔHof (FeO) = - 63,7 Kcal/mol
4 FeO + O2 → 2 Fe2O3 ΔH = - 132,8 Kcal/mol
Com relação ao exposto, identifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmativas:
( ) A oxidação do Fe a Fe2O3 não é uma reação espontânea, pois ΔHo
f (Fe2O3) < 0.
( ) A oxidação do FeO a Fe2O3 não pode ser impedida pelo Zn metálico.
( ) A oxidação do Fe a Fe2O3 tem como intermediário o FeO.
( ) A oxidação do Fe a FeO ocorre caso o metal esteja em contato com o Zn.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo.
a) V – F – F – V.
b) F – V – V – F.
c) V – V – F – F.
d) F – F – V – V.
e) V – F – V – F

Por favor, me ajudem.
Gabarito: B

[Brunoranery]

1- F, pois o que indica se a reação vai ser ou não espontânea é a diferença de potencial, e não a variação de entalpia.
2- V, pois o Zinco não impede que a reação ocorra, trata-se de um Ferro oxidado, e não de um átomo de Ferro no estado nêutro.
3- Bem, na ultima reação vemos o FeO formando o Fe2O3, ele é o intermediário, pois está entre o Ferro metálico e o Fe2O3 em uma reação em etapas.
4- Não faz sentido. No enunciado, diz-se que a corrosão pode ser evitada quando se coloca o Zinco com o Ferro. Corrosão = Oxidação. Primeiro que a oxidação não precisa do Zinco para ocorrer, segundo que o Zinco agiria como um metal de sacrifício, já que o potencial de oxidação do Zinco é maior do que o do Ferro.

[yasminwaydzik]

Oi, Bruno. Obrigada por me responder. Só que ainda fiquei com dúvida: A oxidação do FeO a Fe2O3 não pode ser impedida pelo Zn metálico. Como não pode? Se o zinco é um metal de sacrifício ele não oxidaria no lugar do FeO ?

[Brunoranery]

Oi, Bruno. Obrigada por me responder. Só que ainda fiquei com dúvida: A oxidação do FeO a Fe2O3 não pode ser impedida pelo Zn metálico. Como não pode? Se o zinco é um metal de sacrifício ele não oxidaria no lugar do FeO ?

Aaah certo. Olha, não se trata do Ferro metálico, trata-se do Óxido de Ferro II.
O potencial de redução/oxidação muda de um átomo nêutro para seu cátion ou ânion. Esse é o ferro oxidado.
A reação de redução do Ferro é:

Fe²⁺ + 2e ---> Fe⁰ Potencial Red: -0,44 V
Já o ferro oxidado, tem um potencial de redução maior, de aproximadamente 0,77 V.

Se o zinco fosse usado como metal de sacrifício, como tem um potencial de redução menor que o do Ferro oxidado, ele acabaria fazendo o Ferro reduzir e oxidaria rapidamente.
Reduzir é receber elétrons, se o ferro recebesse elétrons, voltaria ao estado nêutro, no qual ele oxida facilmente e ele ficaria suscetível à oxidação a Fe2O3.

[yasminwaydzik]

Não tenho certeza se entendi. Em primeiro lugar o zinco acaba impedindo que o FeO oxide (reduzindo-o a Fe metálico) , mesmo que depois ele (Fe metálico) vá oxidar novamente. Certo? Portando, após o FeO ser reduzido a Fe metálico, caso fosse colocado outro metal de sacrifício ele não oxidaria e permaneceria Fe metálico.

Por fim, metais de sacrifício não servem para reduzir metais oxidados (ou servem)?

[Brunoranery]

Não tenho certeza se entendi. Em primeiro lugar o zinco acaba impedindo que o FeO oxide (reduzindo-o a Fe metálico) , mesmo que depois ele (Fe metálico) vá oxidar novamente. Certo? Portando, após o FeO ser reduzido a Fe metálico, caso fosse colocado outro metal de sacrifício ele não oxidaria e permaneceria Fe metálico.

Por fim, metais de sacrifício não servem para reduzir metais oxidados (ou servem)?

Não, o Zinco não impede como diz a alternativa certa, pois o FeO tem um potencial de redução superior ao do Fe. O que quero dizer é que você ter um Ferro metálico é diferente de ter um Ferro oxidado. O zinco impede que o Fe⁰ se oxide, e não o Fe²⁺.
Vou te ajudar a raciocinar. Pense na redução e na oxidação como uma transferência de elétrons. Se o Ferro oxida, ele doa os elétrons. Se ele doou, facilita sua tendência a receber elétrons, para que ele chegue ao estado nêutro. O Zinco não vai impedir a oxidação do Ferro Oxidado pois o potencial de redução do Ferro que perdeu os elétrons é absurdamente maior que o do Ferro metálico e que o do Zinco.
A função do Zinco é proteger o ferro, oxidando no lugar dele. Entretanto, o Zinco vai oxidar tanto com o Oxigênio que oxidaria o Ferro quanto com o Ferro Oxidado que agora tem um potencial de redução enorme. Quero dizer que o Zinco seria rapidamente oxidado e perderia sua utilidade imediatamente, como a questão diz que precisa substituí-lo.
O Ferro se tornaria rapidamente um Ferro metálico, mas sem a proteção do Zinco e reagiria com o Oxigênio.

Em síntese: O Zinco protege o Ferro, mas não protege seu Óxido, sua forma oxidada, devido a diferença de potenciais de redução. Fe [tex3]\neq [/tex3] Fe²⁺

[Caiocesar999]

A questão poderia ainda ser analisada por outro enfoque, sem recorrer aos valores de potencial de redução e oxidação. Sabe-se que reações espontâneas ocorrem com diminuição de entalpia (liberam energia) e aumento da entropia (desorganização do sistema). Como a questão fornece os dados de variação de entalpia das reações, e todas são exotérmicas, são mais espontâneas (ocorrem mais facilmente) aquelas que possuem maior valor de delta H em módulo. Analisando as afirmativas:

( F) A reação é espontânea, pois ocorre com liberação de energia;
( V) A oxidação do FeO à Fe2O3 é mais espontânea (libera maior energia) do que a reação de oxidação do Zn metálico, portanto, a oxidação do FeO ocorre mesmo em presença de Zn;
( V) Combinando-se as equações de oxidação do Fe a FeO, e do FeO a Fe2O3 é possível obter a equação global de oxidação do Fe a Fe2O3;
( F) A reação de oxidação do Zn metálico é mais espontânea (libera maior energia) do que a reação de oxidação do Fe a FeO, portanto, a última não ocorreria se o Fe estivesse em presença do Zn.