Questão 82 caderno azul ENEM 2012 Dia 1

O boato de que os lacres das latas de alumínio teriam um alto valor comercial levou muitas pessoas a juntarem esse material na expectativa de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas fabricantes de alumínio esclarecem que isso não passa de uma “lenda urbana”, pois ao retirar o anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio. Como a liga do qual é feito o anel contém alto teor de magnésio, se ele não estiver junto com a lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio no forno. A tabela apresenta as semirreações e os valores de potencial padrão de redução de alguns metais:

Com base no texto e na tabela, que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem?

A) Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução.

B) Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução.

C) Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio.

D) Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio.

E) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio.

📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Eletroquímica
Potenciais Padrão de Redução e Oxidação
Reações de Oxirredução (Pilhas e Corrosão)
Metais de Sacrifício

🎯 Tema/Objetivo Geral: Aplicação do conceito de metal de sacrifício para proteção contra a corrosão (oxidação), utilizando uma tabela de potenciais de redução.

🎯 Nível da Questão: Difícil – A questão é considerada difícil porque exige um raciocínio eletroquímico completo. O aluno precisa primeiro interpretar o texto para entender que o magnésio funciona como um protetor (metal de sacrifício) para o alumínio. Em seguida, precisa saber a relação inversa entre potencial de redução e potencial de oxidação e aplicar essa regra para comparar os metais da tabela, identificando quais deles podem substituir o magnésio nessa função protetora.

✅ Gabarito: E) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio. A alternativa está correta. Para proteger o alumínio, um metal precisa oxidar-se mais facilmente que ele. Isso ocorre com metais que têm maior potencial de oxidação, o que, por sua vez, corresponde a um menor potencial de redução. Lítio e potássio são os únicos na tabela com potencial de redução menor que o do alumínio.

🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

Transcrição Essencial 📌
“…que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos…”

O que está sendo pedido?📌
A questão pede para identificarmos, na tabela, quais metais poderiam substituir o magnésio em sua função de “guarda-costas” do alumínio, ou seja, quais metais se sacrificariam (oxidariam) no lugar do alumínio.

Objetivo Cristalino 📌
Nosso objetivo é encontrar, na lista de metais, aqueles que se oxidam mais facilmente que o alumínio, usando os dados de potencial de redução fornecidos.

Pergunta de Atenção ✔
Em uma “competição” de oxidação entre dois metais, quem “perde” e se oxida primeiro? Aquele com maior vontade de doar elétrons ou aquele com maior vontade de receber elétrons? Saber isso é a chave para entender os potenciais!

📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários

Explicação de termos📌
Para resolver este problema de eletroquímica, precisamos dominar os seguintes conceitos:

Oxidação e Redução:
- Oxidação: É a perda de elétrons. O metal que se oxida se corrói ou se desgasta.
- Redução: É o ganho de elétrons.

Potencial Padrão de Redução (E°red):
- Explicação: É um número (em Volts) que mede a tendência de uma espécie química de receber elétrons (sofrer redução).
  - Alto E°red (positivo): Grande tendência de reduzir. É um bom agente oxidante (gosta de “roubar” elétrons).
  - Baixo E°red (negativo): Pequena tendência de reduzir. Prefere oxidar (doar elétrons).

Potencial Padrão de Oxidação (E°oxi):
- Explicação: Mede a tendência de uma espécie de perder elétrons (sofrer oxidação).
- Relação Fundamental: O potencial de oxidação é o inverso do potencial de redução. E°oxi = – E°red.
- Regra de Ouro: Quem tem o menor potencial de redução, tem o maior potencial de oxidação.

Metal de Sacrifício:
- Explicação: É um conceito de proteção contra corrosão. Para proteger um Metal A, conectamos a ele um Metal B que seja mais reativo, ou seja, que se oxide mais facilmente que o Metal A. O Metal B então se corrói (se “sacrifica”), enquanto o Metal A permanece intacto.
- Condição Eletroquímica: Para o Metal B proteger o Metal A, é necessário que:
  E°oxi (Metal B) > E°oxi (Metal A)
  O que é o mesmo que dizer:
  E°red (Metal B) < E°red (Metal A)

📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema

Contextualização Simplificada 📌
O texto nos diz que o anel das latas contém magnésio (Mg) para proteger o alumínio (Al) da lata durante a reciclagem. Isso significa que o magnésio funciona como um “guarda-costas” (metal de sacrifício). Se houver alguma condição que cause oxidação, o magnésio “entra na frente” e se oxida no lugar do alumínio.
A pergunta é: se quiséssemos trocar de guarda-costas, quais outros metais da lista poderiam fazer o mesmo trabalho? Para ser um bom guarda-costas do alumínio, o metal precisa ser “mais disposto a se sacrificar” (oxidar) do que o próprio alumínio.

Estratégia Geral 📌

Entender a função do magnésio: ser um metal de sacrifício para o alumínio.
Traduzir isso em termos eletroquímicos: precisamos de metais que tenham um potencial de oxidação MAIOR que o do alumínio.
Usar a relação inversa (E°oxi = – E°red) para converter a condição: precisamos de metais que tenham um potencial de redução MENOR que o do alumínio.
Analisar a tabela e encontrar todos os metais que satisfazem essa condição.

🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos

Passo a Passo Detalhado 📌

Estabelecer o Padrão de Referência: O metal a ser protegido é o Alumínio (Al). Vamos encontrar seu potencial de redução na tabela.
- E°red (Al) = -1,66 V
Definir a Condição para Proteção: Para um metal “M” proteger o Alumínio, ele deve se oxidar mais facilmente. Isso significa que a tendência de oxidação de M deve ser maior que a do Al.
- Condição: E°oxi (M) > E°oxi (Al)
Converter para Potenciais de Redução (que são os dados da tabela):
- Lembrando que E°oxi = – E°red, a condição se torna:
- -E°red (M) > -E°red (Al)
- Multiplicando ambos os lados por -1 (e invertendo o sinal da desigualdade):
- E°red (M) < E°red (Al)
Aplicar a Condição Final: Precisamos encontrar na tabela todos os metais cujo potencial de redução seja menor que -1,66 V.
Análise da Tabela:
- Lítio (Li): E°red = -3,05 V. Como -3,05 < -1,66, o Lítio serve.
- Potássio (K): E°red = -2,93 V. Como -2,93 < -1,66, o Potássio serve.
- Magnésio (Mg): E°red = -2,36 V. Como -2,36 < -1,66, o Magnésio serve (como já sabíamos pelo enunciado).
- Zinco (Zn): E°red = -0,76 V. Como -0,76 > -1,66, o Zinco não serve. Ele é menos reativo que o alumínio e seria protegido por ele.
- Cobre (Cu): E°red = +0,34 V. Como +0,34 > -1,66, o Cobre não serve. Ele é muito menos reativo.
Conclusão: Os únicos metais na tabela (além do próprio Mg) que poderiam substituir o magnésio na função de proteger o alumínio são o Lítio (Li) e o Potássio (K).

Verificação Intermediária 📌
Nosso raciocínio está consistente. Quanto mais negativo o potencial de redução, maior a tendência do metal de se oxidar. Lítio e Potássio têm os potenciais de redução mais negativos da lista (depois do magnésio), indicando que são os mais reativos e os melhores candidatos a metal de sacrifício para o alumínio.

Possível armadilha ❓/ ✔
A principal armadilha é confundir potencial de oxidação com potencial de redução. Um aluno poderia pensar que, para proteger o alumínio, precisaria de um metal com potencial de redução maior, o que é o exato oposto. Lembre-se: para se sacrificar (oxidar), o metal precisa ter uma baixa tendência de reduzir.

Fechamento e expectativa
Concluímos que apenas o lítio e o potássio atendem aos critérios. Esperamos encontrar uma alternativa que liste esses dois metais.

✅ Passo 5: Análise das Alternativas

Listagem das Alternativas
A) Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução.
B) Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução.
C) Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio.
D) Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio.
E) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio.

Justificativa Individual

🔴 A) Somente o lítio…: Incorreta. O lítio de fato serve, mas o potássio também. A alternativa é incompleta.
🔴 B) Somente o cobre…: Incorreta. O cobre tem o maior potencial de redução, o que significa que ele é o que menos se oxida. Ele não protegeria o alumínio; ao contrário, aceleraria a corrosão do Al.
🔴 C) Somente o potássio…: Incorreta. O potássio serve, mas o lítio também. A proximidade com o potencial do magnésio não é o critério; o critério é ser menor que o do alumínio.
🔴 D) Somente o cobre e o zinco…: Incorreta. Esta afirmação é falsa. Cobre e zinco têm potenciais de redução maiores que o do alumínio, logo, sofrem oxidação com mais dificuldade que o alumínio.
🟢 E) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio: Correta. Apresenta os dois metais corretos (lítio e potássio) e a justificativa eletroquímica precisa (seus potenciais de redução são menores que o do metal a ser protegido).

🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

Resumo do Raciocínio 📌
Para um metal atuar como metal de sacrifício e proteger o alumínio, ele deve ter uma tendência de oxidação maior, o que equivale a ter um potencial de redução menor que o do alumínio (-1,66 V). Ao analisar a tabela, verificamos que apenas o lítio (-3,05 V) e o potássio (-2,93 V) satisfazem essa condição.

Gabarito Reafirmado 📌
A alternativa correta é a E) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio.

Resumo Final para Revisão 🔍
Para fixar: Para proteger um metal, use um “guarda-costas” com MENOR potencial de redução. O “guarda-costas” é quem vai oxidar (enferrujar) no lugar do protegido.