14 (UFSM-RS) A questão a seguir refere-se a uma visita de Gabi e Tomás ao supermercado, com o objetivo de cumprir uma tarefa escolar. Convidamos você a esclarecer as dúvidas de Gabi e Tomás sobre a Química no supermercado.
Tomás portava um gravador e Gabi, uma pilha. Eles traziam as principais equações químicas e algumas fórmulas estruturais.
Na seção de “materiais elétricos e construção” , Tomás lembrou a Gabi que as pilhas de seu gravador estavam fracas. Gabi afirmou que, na descarga das pilhas, ocorre a reação global:
\mathrm{Zn}+2 \mathrm{MnO}_{2}+2 \mathrm{NH}_{4}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2 \mathrm{MnO}(\mathrm{OH})+2 \mathrm{NH}_{3}
Você pode ajudá-los; portanto, assinale a alternativa correta em relação às espécies que constituem os polos dessa pilha.
\begin{tabular}{l|l|l|}
\hline & Catodo & \multicolumn{1}{|c|}{ Anodo } \
\hline a) & Zn & MnO \
\hline b) & \mathrm{NH}_{3} & \mathrm{MnO}(\mathrm{OH}) \
\hline c) & \mathrm{Zn}^{2+} & \mathrm{MnO}(\mathrm{OH}) \
\hline d) & \mathrm{MnO}_{2} & Zn \
\hline e) & \mathrm{MnO}_{2} & \mathrm{NH}_{4}^{+} \
\hline

Passo 1

O enunciado dá a reação global da descarga da pilha:
\mathrm{Zn}+2\mathrm{MnO}_2+2\mathrm{NH}_4^{+}\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2\mathrm{MnO}(\mathrm{OH})+2\mathrm{NH}_3
E pede que se assinale quais espécies constituem os polos (cátodo e ânodo) dessa pilha. As espécies químicas que aparecem na reação são, entre outras: \mathrm{Zn}, \mathrm{Zn}^{2+}, \mathrm{MnO}_2, \mathrm{MnO}(\mathrm{OH}), \mathrm{NH}_4^{+}, \mathrm{NH}_3.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar claramente o que significam os polos em uma pilha (isso é a chave):
  • O ânodo é o eletrodo onde ocorre oxidação (perda de elétrons). Em pilhas em funcionamento (descarga), o ânodo é o polo negativo.
  • O cátodo é o eletrodo onde ocorre redução (ganho de elétrons). Em pilhas em funcionamento (descarga), o cátodo é o polo positivo.
    Então, para identificar os polos, basta identificar qual espécie é oxidada e qual é reduzida na reação global.

Passo 3

Procure a espécie que perde elétrons (oxida). Na reação global vemos a transformação
\mathrm{Zn}\longrightarrow \mathrm{Zn}^{2+}
isso indica claramente a meia-reaçăo de oxidação
\mathrm{Zn}\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2\mathrm{e}^-
Aqui o zinco metálico perde elétrons e, portanto, é a espécie que é oxidada. Logo, o zinco metálico ( \mathrm{Zn}) é o participante do ânodo.

Passo 4

Agora procure a espécie que ganha elétrons (reduz). A outra transformação importante é a redução do dióxido de manganês envolvendo o íon amônio como doador de prótons. Uma meia-reaçăo compatível é
\mathrm{MnO}_2+\mathrm{NH}_4^{+}+\mathrm{e}^-\rightarrow \mathrm{MnO}(\mathrm{OH})+\mathrm{NH}_3
Essa meia-reação mostra que \mathrm{MnO}_2 recebe elétrons (é reduzido) formando \mathrm{MnO}(\mathrm{OH}), enquanto \mathrm{NH}_4^{+} se converte em \mathrm{NH}_3. Multiplicando essa meia-reação por 2 para igualar elétrons com a oxidação do zinco obtemos exatamente os coeficientes na reação global:
2\left(\mathrm{MnO}_2+\mathrm{NH}_4^{+}+\mathrm{e}^-\rightarrow \mathrm{MnO}(\mathrm{OH})+\mathrm{NH}_3\right)
Somando com a oxidação do zinco, os elétrons se cancelam e recupera-se a reação global dada. Isso confirma que \mathrm{MnO}_2 é a espécie que sofre redução, portanto está associada ao cátodo.

Passo 5

Resumo e interpretação: a espécie que é oxidada é \mathrm{Zn} (ânodo). A espécie que é reduzida é \mathrm{MnO}_2 (cátodo). Em palavras amigas: o zinco metal se desfaz em \mathrm{Zn}^{2+} liberando elétrons no ânodo; esses elétrons viajam pelo circuito até o cátodo, onde \mathrm{MnO}_2 os recebe e se transforma em \mathrm{MnO}(\mathrm{OH}).

Resposta

d)

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