Questão 23 da FUVEST 2023

1ª fase

Alguns aviões empregam fibra de carbono em uma porcentagem significativa de suas estruturas, tornando-as muito menos densas. Partes da estrutura, no entanto, são compostas por metais. Devido à baixa densidade, o alumínio seria uma boa alternativa de metal a ser usado. Entretanto, quando em contato com fibra de carbono, o alumínio é corroído. Esse processo é denominado corrosão galvânica e acontece quando dois materiais que possuem potencial elétrico diferentes são colocados em contato com um eletrólito, como uma solução salina. Para abordar esse problema, pode-se avaliar os potenciais elétricos, densidade e preço aproximado de diversos materiais apresentados na figura a seguir.

Gráfico de potencial elétrico em solução salina (V), variando de 0,2 a -1,8, indicando a posição de diversos materiais acompanhados de suas densidades e preços por quilograma: C (1,93 g/cm³; R$ 1,5.10³/kg) em 0,2 V; Au (19,3 g/cm³; R$ 3,2.10⁵/kg) entre 0,2 e 0,0 V; Ti (4,5 g/cm³; R$ 150/kg) entre 0,0 e -0,2 V; Ag (10,49 g/cm³; R$ 4.10³/kg) em -0,2 V; Cd (8,65 g/cm³; R$ 150/kg) em -0,6 V; Al (2,7 g/cm³; R$ 15/kg) entre -0,6 e -0,8 V; e Zn (7,14 g/cm³; R$ 15/kg) entre -0,8 e -1,0 V.

Considerando o exposto, o elemento mais adequado para ser utilizado no lugar do alumínio de forma a obter os menores custo e densidade possíveis, com a máxima resistência a corrosão possível, é:

  1. A
    Ouro.
  2. B
    Titânio.
  3. C
    Prata.
  4. D
    Cádmio.
  5. E
    Zinco.
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Resolução comentada

A corrosão galvânica ocorre quando dois materiais de potenciais diferentes ficam em contato com um eletrólito. Quanto maior a diferença de potencial entre eles, mais intensa é a corrosão do metal de menor potencial. Por isso, o metal que substitui o alumínio deve ter potencial o mais próximo possível do carbono (0,2 V), ou seja, o mais à esquerda do gráfico.

No gráfico, a ordem de potencial, do mais próximo do carbono ao mais distante, é:

  1. Au (entre 0,2 V e 0,0 V): é o mais próximo do C, mas tem densidade de 19{,}3\ \text{g/cm}^3 e custa R$ 3{,}2\cdot10^5/kg, muito caro e muito denso.
  2. Ti (entre 0,0 V e -0{,}2 V): densidade de 4{,}5\ \text{g/cm}^3 e R$ 150/kg.
  3. Ag (-0{,}2 V): 10{,}49\ \text{g/cm}^3 e R$ 4\cdot10^3/kg.
  4. Cd (-0{,}6 V) e Zn (-0{,}8 a -1{,}0 V): estão longe do carbono, então sofrem corrosão intensa, semelhante à do Al ou pior.

O ouro cumpre o critério de corrosão, mas é inviável em custo e densidade. A prata é mais densa e mais cara que o titânio, sem ganho de resistência. Cádmio e zinco não melhoram a resistência à corrosão, pois estão tão longe do carbono quanto o alumínio, ou mais, e ainda são muito mais densos.

O titânio é o melhor compromisso: potencial próximo ao do carbono, a menor densidade entre os candidatos e custo moderado.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO ouro é o mais próximo do carbono, mas tem a maior densidade e custo altíssimo, contrariando o pedido de menor custo e densidade.
  • CA prata tem potencial parecido com o do titânio, mas é mais densa e muito mais cara.
  • DO cádmio tem potencial bem distante do carbono, logo corrói muito, e é denso.
  • EO zinco tem potencial ainda mais distante do carbono que o alumínio, então corrói mais, e é bem mais denso.

Assuntos: corrosão galvânica, potencial elétrico, eletroquímica.

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