Quais são as espécies termodinamicamente estáveis do ferro para uma faixa de potencial de eletrodo entre
e
e quando o
da solução é 1,0 ?
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. A gente quer descobrir quais são as espécies químicas do ferro que são estáveis termodinamicamente quando o potencial de eletrodo varia entre -1,0 V e 0,2 V e o pH da solução é 1,0. Para resolver isso, vamos usar os diagramas de Pourbaix, que ajudam a visualizar quais espécies são estáveis em diferentes condições de potencial e pH.
Passo 2
Primeiro, precisamos saber o que são diagramas de Pourbaix. Eles são gráficos que mostram as espécies químicas estáveis de um elemento em função do potencial de eletrodo (em volts) e do pH da solução. No eixo vertical temos o potencial de eletrodo e no horizontal o pH. Esses diagramas nos ajudam a prever se o ferro vai estar na forma metálica, em solução como íons ou formando óxidos/hidróxidos.
Passo 3
Vamos focar no ferro (Fe) e identificar as principais espécies que ele pode formar. As mais comuns são:
- Fe²⁺: íon ferroso
- Fe³⁺: íon férrico
- Fe: ferro metálico
- Fe(OH)₂ e Fe(OH)₃: hidróxidos de ferro
Passo 4
Agora, vamos analisar o intervalo de potencial dado: de -1,0 V a 0,2 V, com pH = 1,0. No diagrama de Pourbaix, vamos ver qual dessas espécies está estável nesse intervalo. Normalmente, em pHs baixos (como pH 1,0), a precipitação de hidróxidos é menos provável porque há muitos íons H⁺ que mantêm o ferro na forma iônica.
Passo 5
Para pH = 1,0, vamos verificar como o potencial de eletrodo afeta a estabilidade das espécies:
- Potenciais mais negativos (-1,0 V a 0,0 V): Nesses valores, o ferro tende a permanecer na forma metálica (Fe), pois o ambiente é mais redutor.
- Potenciais próximos a 0,0 V a 0,2 V: Aqui, o ferro pode começar a oxidar-se para Fe²⁺ ou Fe³⁺, dependendo da exatidão do potencial e do pH.
Passo 6
Considerando o pH baixo (1,0), a formação de Fe(OH)₂ ou Fe(OH)₃ é menos favorável porque a alta concentração de H⁺ impede a hidrólise dos íons de ferro. Assim, as espécies mais estáveis serão:
- Fe metálico (Fe) para potenciais mais reduzidos (-1,0 V a 0,0 V)
- Fe²⁺ e possivelmente Fe³⁺ para potenciais mais oxidantes (próximos a 0,2 V)
Resposta
As espécies termodinamicamente estáveis do ferro para um potencial de eletrodo entre -1,0 V e 0,2 V e pH 1,0 são o ferro metálico (Fe) nas regiões de potenciais mais negativos e os íons ferroso (Fe²⁺) e, a depender do potencial exato, o férrico (Fe³⁺) nas regiões de potenciais mais oxidantes.