O Ferro (Fe0) é um metal que apresenta custo consideravelmente baixo. No
entanto a aplicação é restrita, devido a ocorrência do fenômeno da oxidação
(popularmente conhecido como ferrugem). A partir do exemplo da reação de
oxirredução observado em nosso cotidiano, descreva as semirreações
envolvidas no processo, identificando a espécie correspondente ao cátodo e ao
ânodo, com os respectivos potenciais de redução. Após, demonstre a equação
global balanceada e calcule o potencial padrão da célula (Ecel). Com suas
palavras, justifique o motivo pelo qual isso acontece.
Soluções para a tarefa
Resposta:
O processo de ferrugem ocorre quando o ferro, sem proteção, entra em contato com agentes externos (ambientais), como a água e o oxigênio presente no ar. Por isso, utilizaremos a meia-redução do ferro e da água mais oxigênio, respectivamente:
Fe2++2e- ⟶ Fe, com E°fe = -0,440; e
O3+2H++2e- ⟶ O2+H2O, com E°ar = 2,070 V.
Logo, podemos perceber que o ferro é o nosso ânodo, já que E°fe < E°ar, sendo assim o agente redutor da reação. Como consequência, o ar é o cátodo, agente oxidante da reação.
Para encontrar a equação global balanceada, devemos inverter o ânodo (transformando sua semi-reação de redução em uma de oxidação) e fazer o balanceamento logo em seguida, contudo, sem mexer no potencial padrão da reação.
Fe+O3+2H++2e- ⟶ O2+H2O+Fe2++2e- ∴
Fe+O3+2H+ ⟶ O2+H2O+Fe2+
Reorganizando-a encontramos o Hidróxido de ferro:
Fe+O2+H2O ⟶ 12O2+Fe (OH)2
Agora podemos calcular o potencial padrão da célula (Ecel), devemos subtrair o potencial de redução do cátodo (E°ar), pelo potencial de redução do ânodo (E°fe):
Ecel=E°ar-E°fe=2,070 V-(-0,440V)=2,51V
Explicação:
A ferrugem ocorre porque o potencial de redução do ferro é menor do que o oxigênio (o que explica, por exemplo, o ouro (Au) não oxidar com a ação do oxigênio, uma vez que seu E° é maior, então ele acaba se tornando o agente oxidante do oxigênio), que gera o Hidróxido de ferro, se e somente se, estiver em contato com a água também, ou seja, se estivermos com esse ferro protegido da ação da água, como por exemplo as palhas de aço dentro da embalagem sua ferrugem é postergada por um longo período. O mesmo acontece no caso contrário, se encharcarmos essa esponja (do exemplo anterior), com sabão, ela estará em contato com a água, porém isolada da ação do oxigênio, assim, postergando também seu processo de oxidação.