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 magnésio e cálcio, pois eles têm potencial de redução menor que o ferro.

Passo 1

Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. A gente tem um problema de ferrugem nos pregos de ferro, que é super comum e causa muita perda na produção de aço. Um estudante tentou resolver esse problema cobrindo metade dos pregos com diferentes metais: prata (Ag), cobre (Cu), alumínio (Al), magnésio (Mg) e cálcio (Ca). Ele deixou esses pregos expostos por um mês e depois verificou quais pregos enferrujaram. Nosso objetivo é descobrir em quais pregos aconteceu a ferrugem e por quê. Para isso, vamos usar os potenciais de redução dos metais, que nos ajudam a entender qual metal é mais propenso a oxidar (ou seja, a perder elétrons) quando está em contato com o ferro.

Passo 2

Primeiro, vamos dar uma olhada nos potenciais de redução fornecidos na tabela:
ll Ca^2+ + 2e^- Ca(s) & E^0 = -2,87, V Mg^2+ + 2e^- Mg(s) & E^0 = -2,37, V Al^3+ + 3e^- Al(s) & E^0 = -1,66, V Fe^3+ + e^- Fe^2+ & E^0 = -0,77, V Fe^2+ + 2e^- Fe(s) & E^0 = -0,44, V Cu^2+ + 2e^- Cu(s) & E^0 = +0,34, V Ag^+ + e^- Ag(s) & E^0 = +0,80, V
O potencial de redução $ E^{0} $ nos diz a tendência de um metal ganhar elétrons (reduzir-se). Metais com potencial de redução mais negativo são mais facilmente oxidáveis, ou seja, perdem elétrons mais facilmente.

Passo 3

Agora, vamos comparar os potenciais de redução dos metais usados para cobrir os pregos com o potencial de redução do ferro. Olhando para o processo de redução do ferro:
Fe^2+ + 2e^- Fe(s) E^0 = -0,44, V
Qualquer metal com potencial de redução menor que -0,44 V vai se oxidar preferencialmente em vez do ferro. Vamos ver quais metais atendem a esse critério:
  • Cálcio (Ca): $ E^{0} = -2,87, \mathrm{V} $ → menor que -0,44 V
  • Magnésio (Mg): $ E^{0} = -2,37, \mathrm{V} $ → menor que -0,44 V
  • Alumínio (Al): $ E^{0} = -1,66, \mathrm{V} $ → menor que -0,44 V
  • Cobre (Cu): $ E^{0} = +0,34, \mathrm{V} $ → maior que -0,44 V
  • Prata (Ag): $ E^{0} = +0,80, \mathrm{V} $ → maior que -0,44 V
Então, cálcio, magnésio e alumínio têm potenciais de redução menores que o ferro e, portanto, são mais propensos a se oxidarem.

Passo 4

No entanto, na prática, o alumínio forma uma camada de óxido protetora muito estável que impede sua corrosão adicional, tornando-o menos suscetível à ferrugem em condições normais. Já o cálcio e o magnésio não formam essa camada protetora tão eficazmente, o que faz com que eles se corroam mais facilmente quando expostos à atmosfera.

Passo 5

Portanto, quando o estudante cobriu os pregos com esses metais e os deixou expostos, os pregos cobertos com cálcio e magnésio perderam material (foram oxidado) devido ao seu baixo potencial de redução. Essa corrosão dos metais de cobertura expôs o ferro dos pregos à atmosfera, facilitando a formação da ferrugem.

Resposta

Os pregos cobertos com magnésio (Mg) e cálcio (Ca) enferrujaram, porque esses metais têm potenciais de redução mais baixos que o ferro, fazendo com que se corroam preferencialmente e exponham o ferro à formação de ferrugem.

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