Questão 2 Unicamp 2020 - 2ª fase - dia 2 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 2

Solubilidade (Equilíbrio) Deslocamento de Equilíbrio Reações de oxirredução

“Quatro anos atrás, com meu jaleco branco, saí da clínica pediátrica e dei uma entrevista coletiva. Levantando uma mamadeira cheia de água de Flint, Michigan, compartilhei minha pesquisa: o chumbo estava aumentando no sangue das crianças de Flint. Inicialmente, as autoridades tentaram me silenciar, mas persistência, ativismo, trabalho em equipe e ciência prevaleceram. Desde então, Flint segue um caminho lento, mas seguro, em direção à recuperação.”
O trecho acima, publicado no New York Times em 27/08/2019, expõe um grave problema com a água encanada da cidade americana de Flint. Em 2016, foram registrados níveis elevados de íons chumbo e ferro na água, como resultado de uma sequência de erros. Ao mudar a captação de água para um rio local, quantidades maiores de cloro e de cloreto de ferro foram adicionadas à água. Nessa mudança, também deixaram de adicionar à água tratada uma substância para evitar a deterioração da camada protetora no interior dos canos de chumbo. Essa camada protetora resulta da deposição anódica de fosfato de chumbo, um sal muito pouco solúvel em água, nos canos novos.

a) Considerando as informações fornecidas e aspectos relativos ao equilíbrio químico, que substância poderia ter sido adicionada à água tratada para evitar a corrosão e a contaminação por chumbo: íons fosfato $(P O_{4}^{- 3})$ , íons chumbo $(P b^{+ 2})$ ou fosfato de chumbo? Justifique sua resposta e exemplifique com uma equação química.

b) Essencialmente, a água tratada continha cloro molecular, íons cloreto, oxigênio dissolvido, e apresentava pH abaixo do recomendado. Considerando apenas essas características da água tratada, o que poderia ter promovido a corrosão do encanamento de ferro? Escreva uma equação química adequada à sua resposta e a justifique do ponto de vista químico.

Resolução

a) O equilíbrio químico que envolve a camada protetora da deposição anódica pode ser equacionado como:

$P b_{3} (P O_{4})_{2 (s)} ⇌ 3 P b_{(a q)}^{2 +} + 2 P O_{4 (a q)}^{3 -}$

A corrosão dessa camada corresponde ao sentido direto desse equilíbrio, formando íons $P b_{(a q)}^{2 +}$ , contaminando a água, enquanto que o sentido inverso corresponde a deposição do sal muito pouco solúvel em água.

Para evitar a contaminação de água por íons $P b_{(a q)}^{2 +}$ deve-se adicionar a ela íons fosfato $P O_{4}^{3 -}$ que, pelo efeito do íon comum, irá deslocar o equilíbrio acima citado para a esquerda, consumindo possíveis íons $P b_{(a q)}^{2 +}$ presentes na água.

b) A corrosão do ferro corresponde a uma semirreação de oxidação. Assim, para ocorrer essa semirreação é necessário que ocorra outra semirreação de redução. Com base nas espécies destacadas no texto, podemos pensar na redução do oxigênio dissolvido $O_{2}$ na presença de $H^{+}$ (baixo pH) e/ou na redução do cloro molecular, conforme as equações:

$O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-} \to 2 O H^{-}$

$C l_{2} + 2 e^{-} \to 2 C l^{-}$

Obs: O processo de oxirredução envolvendo o ferro e o $O_{2}$ ocorre na formação da ferrugem, conforme o esquema:

Fonte: ATKINS, Peter William; JONES, Loretta. Chemical Principles. 5. ed. New York: H. Freeman and Company. 2010.