A ferrugem causa um grande prejuizo: cerca de 25 % da produção anual de aço é utilizada para repor peças ou estruturas oxidadas. Um estudante resolveu testar métodos para evitar a corrosão. Ele utilizou vários pregos de ferro, cobrindo metade da superficie de cada prego com fio de um metal. Ele usou como metais: prata (Ag); cobre (Cu); aluminio (Al); magnésio (Mg); e cálcio (Ca). O estudante deixou os pregos, cada um coberto com um desses metais, expostos à atmosfera por um mês. Após esse periodo o estudante verificou formação de ferrugem em qual(is) do(s) prego(s)? Por que apenas esse(s) prego(s) enferrujou(aram)?
Seguem os potenciais de redução de diferentes cátions:
ll Ca 2+(aq)+2 e Ca(s) & E^0=-2,87 V Mg 2+(aq)+2 e Mg(s) & E^0=-2,37 V Al 3+(aq)+3 e- Al(s) & E^0=-1,66 V Fe 3+(aq)+e- Fe 2+(aq) & E^0=-0,77 V Fe 2+(aq)+2 e Fe(s) & E^0=-0,44 V Cu 2+(aq)+2 e- Cu(s) & E^0=+0,34 V Ag+(aq)+e Ag(s) & E^0=+0,80 V
Enferrujaram os pregos cobertos com cobre e prata, pois eles têm potencial de redução menor que o ferro.

Passo 1

Vamos começar entendendo o que a questão está nos perguntando. Temos um problema relacionado à corrosão dos metais, especificamente da ferrugem em pregos de ferro. O estudante testou diferentes metais (prata, cobre, alumínio, magnésio e cálcio) cobrindo metade da superfície de cada prego e os deixou expostos por um mês. Precisamos descobrir quais pregos enferrujaram e o porquê disso acontecer.
Para resolver essa questão, vamos precisar entender potenciais de redução e como eles influenciam a corrosão dos metais.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre potenciais de redução. O potencial de redução ( E^0) é uma medida de quão facilmente uma espécie química ganha elétrons durante uma reação de redução. Quanto mais alto for o valor de E^0, mais fácil é para a espécie ganhar elétrons e, portanto, mais nobre ela é. Metais mais nobres tendem a não corroer facilmente porque são menos propensos a perder elétrons.

Passo 3

Agora, vamos analisar os potenciais de redução fornecidos para cada metal:
ll Ca^2+ + 2 e^- Ca(s) & E^0 = -2,87 V Mg^2+ + 2 e^- Mg(s) & E^0 = -2,37 V Al^3+ + 3 e^- Al(s) & E^0 = -1,66 V Fe^3+ + e^- Fe^2+ & E^0 = -0,77 V Fe^2+ + 2 e^- Fe(s) & E^0 = -0,44 V Cu^2+ + 2 e^- Cu(s) & E^0 = +0,34 V Ag^+ + e^- Ag(s) & E^0 = +0,80 V

Passo 4

Vamos comparar os potenciais de redução dos metais usados para cobrir os pregos com o do ferro. O ferro possui dois potenciais de redução:
  • Fe^3+ + e^- Fe^2+ com E^0 = -0,77 V
  • Fe^2+ + 2 e^- Fe(s) com E^0 = -0,44 V
Os metais usados para cobrir os pregos têm os seguintes potenciais:
  • Prata (Ag): +0,80 V
  • Cobre (Cu): +0,34 V
  • Alumínio (Al): -1,66 V
  • Magnésio (Mg): -2,37 V
  • Cálcio (Ca): -2,87 V
Metais com potencial de redução mais alto que o ferro (mais nobre) tendem a não corroer facilmente, protegendo o ferro da corrosão. Já metais com potencial de redução mais baixo que o ferro são menos nobres e podem corroer-se preferencialmente, protegendo o ferro.

Passo 5

Vamos analisar cada metal:
  1. Prata (Ag) e Cobre (Cu) possuem potenciais de redução maiores que o ferro. Isso significa que são mais nobres e não corroem facilmente. Ao cobrir os pregos com esses metais, eles atuam como uma barreira protetora, evitando que o ferro entre em contato direto com o ambiente corrosivo. No entanto, como apenas metade da superfície foi coberta, a outra metade do ferro fica exposta e pode enferrujar.
  2. Alumínio (Al), Magnésio (Mg) e Cálcio (Ca) possuem potenciais de redução mais baixos que o ferro. Esses metais são menos nobres e tendem a corroer-se preferencialmente, protegendo o ferro. Assim, ao cobrirem os pregos, eles atuam como metais de sacrifício, corroendo-se em vez do ferro, que permanece protegido.

Resposta

Os pregos cobertos com cobre (Cu) e prata (Ag) enferrujaram, porque apesar de serem metais nobres, apenas metade da superfície foi protegida, deixando o ferro exposto para corroer. Os metais com potencial de redução maior que o ferro protegeram parcialmente, mas a metade exposta do ferro ainda corrou, resultando na formação de ferrugem nesses pregos.

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