A ferrugem causa um grande prejuizo: cerca de
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:
Enferrujaram os pregos cobertos com magnésio e cálcio, pois eles têm potencial de redução menor que o ferro.
Seguem os potenciais de redução de diferentes cátions:
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:
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:
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.