34 (FUVEST-SP) O cientista e escritor Oliver Sacks, em seu livro Tio Tungstênio, nos conta a seguinte passagem de sua infância: "Ler sobre [Humphry] Davy e seus experimentos estimulou-me a fazer diversos outros experimentos eletroquímicos… Devolvi o brilho às colheres de prata de minha mãe colocando-as em um prato de alumínio com uma solução morna de bicarbonato de sódio \left[\mathrm{NaHCO}_{3}\right]{ }^{\prime \prime}.
Pode-se compreender o experimento descrito, sabendo-se que
Objetos de prata, quando expostos ao ar, enegrecem devido à formação de \mathrm{Ag}_{2} \mathrm{O} e \mathrm{Ag}_{2} \mathrm{~S} (compostos iônicos).
As espécies químicas \mathrm{Na}^{+}, \mathrm{Al}^{3+} e \mathrm{Ag}^{+}têm, nessa ordem, tendência crescente para receber elétrons.
Assim sendo, a reação de oxirredução, responsável pela devolução do brilho às colheres, pode ser representada por:
a) 3 \mathrm{Ag}^{+}+\mathrm{A} \ell^{\circ} \rightarrow 3 \mathrm{Ag}^{\circ}+\mathrm{A} \ell^{3+}
b) \mathrm{Al}^{3+}+3 \mathrm{Ag}^{\circ} \rightarrow \mathrm{A} \ell^{\circ}+3 \mathrm{Ag}^{+}
c) \mathrm{Ag}^{\circ}+\mathrm{Na}^{+} \rightarrow \mathrm{Ag}^{+}+\mathrm{Na}^{\circ}
d) \mathrm{A} \ell^{\circ}+3 \mathrm{Na}^{+} \rightarrow \mathrm{A} \ell^{3+}+3 \mathrm{Na}^{\circ}

Passo 1

Vou deixar claro o que o enunciado pergunta e o que ele dá.
  • O que se pede: identificar, entre as alternativas, a reação de oxirredução que explica por que folhas/objetos de alumínio em contato com colheres de prata enegrecidas (compostos iônicos de prata) devolvem o brilho — ou seja, qual reação reduz a prata enegrecida de volta a prata metálica.
  • Informações dadas:
    • Objetos de prata enegrecem por formação de óxidos/sulfetos de prata, ou seja, há \mathrm{Ag}^{+} combinada com \mathrm{O}^{2-} ou \mathrm{S}^{2-}.
    • As espécies têm, nessa ordem, tendência crescente para receber elétrons: \mathrm{Na}^{+},\\ \mathrm{Al}^{3+},\\ \mathrm{Ag}^{+}.
      • Interpretação prática desta frase: \mathrm{Ag}^{+} tem maior tendência a ser reduzida (ganhar elétrons) do que \mathrm{Al}^{3+}, que por sua vez tem maior tendência que \mathrm{Na}^{+}.

Passo 2

Conceitos básicos de oxirredução (explicação didática)
  • Redução é ganho de elétrons; oxidação é perda de elétrons.
  • Uma meia-reação de redução típica tem a forma
\text{cat. reducionista:}\quad X^{n+} + n\,e^{-} \rightarrow X^{\circ},
onde X^{n+} ganha n elétrons para virar o metal X^{\circ}.
  • A meia-reação de oxidação é a reversa:
X^{\circ} \rightarrow X^{n+} + n\,e^{-}.
  • O agente oxidante (ou oxidante) é a espécie que é reduzida (ganha elétrons). O agente redutor é a espécie que é oxidada (perde elétrons).
  • Para decidir quem é reduzido em uma mistura, comparamos tendências a receber elétrons (potenciais de redução). Quem tem maior tendência a receber elétrons é reduzido; quem tem menor tendência a receber elétrons é o que perde elétrons (é oxidado).

Passo 3

Aplicando os conceitos às espécies do enunciado
  • Temos as espécies citadas: \mathrm{Na}^{+},\\ \mathrm{Al}^{3+},\\ \mathrm{Ag}^{+}.
  • O enunciado diz que, na ordem dada, há tendência crescente para receber elétrons. Portanto:
    • \mathrm{Ag}^{+} é a que mais quer receber elétrons (mais facilmente reduzida).
    • \mathrm{Al}^{3+} é intermediária.
    • \mathrm{Na}^{+} é a que menos quer receber elétrons (ou seja, é muito difícil reduzir \mathrm{Na}^{+} a \mathrm{Na}^{\circ} nessas condições).
  • Conclusão imediata: se houver um metal elementar \mathrm{Al}^{\circ} em contato com uma solução contendo \mathrm{Ag}^{+}, o \mathrm{Ag}^{+} tende a ser reduzido a \mathrm{Ag}^{\circ} e o \mathrm{Al}^{\circ} tende a ser oxidado a \mathrm{Al}^{3+}.

Passo 4

Escrever as meias-reações prováveis (balanceando elétrons)
  • Redução da prata:
\mathrm{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \mathrm{Ag}^{\circ}.
  • Oxidação do alumínio metálico:
\mathrm{Al}^{\circ} \rightarrow \mathrm{Al}^{3+} + 3\,e^{-}.
  • Observação: a oxidação do alumínio libera \,3\,e^{-}, então para balancear elétrons devemos multiplicar a meia-reação de redução da prata por 3.

Passo 5

Combinar as meias-reações para obter a reação total balanceada
  • Multiplicando a redução da prata por 3:
3\left(\mathrm{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \mathrm{Ag}^{\circ}\right) \quad\Rightarrow\quad 3\,\mathrm{Ag}^{+} + 3\,e^{-} \rightarrow 3\,\mathrm{Ag}^{\circ}.
  • Somando com a oxidação do alumínio:
\mathrm{Al}^{\circ} \rightarrow \mathrm{Al}^{3+} + 3\,e^{-},
os 3\,e^{-} se cancelam, resultando na reação global:
3\,\mathrm{Ag}^{+} + \mathrm{Al}^{\circ} \rightarrow 3\,\mathrm{Ag}^{\circ} + \mathrm{Al}^{3+}.
  • Essa equação mostra que o alumínio metálico doa elétrons (é oxidado) e reduz íons prata \mathrm{Ag}^{+} a prata metálica \mathrm{Ag}^{\circ}, o que devolve o brilho às colheres.

Passo 6

Interpretando no contexto do experimento
  • A solução de bicarbonato de sódio atua como eletrólito: permite mobilidade iônica e fechamento do circuito iônico entre o alumínio e a prata, permitindo a transferência de carga (elétrons pelo metal, íons na solução).
  • Na prática, o alumínio em contato com a superfície enegrecida (que contém \mathrm{Ag}^{+} ligado a \mathrm{S}^{2-} ou \mathrm{O}^{2-}) reduz esses íons \mathrm{Ag}^{+} a \mathrm{Ag}^{\circ}, liberando os ânions (sulfeto/óxido) para a solução ou formando outros compostos, e assim a superfície volta a apresentar prata metálica brilhante.
  • Note que reduzir \mathrm{Na}^{+} a \mathrm{Na}^{\circ} (alternativa c ou d envolvendo sódio metálico) é improvável nas condições do experimento, e \mathrm{Al}^{3+}+3\mathrm{Ag}^{\circ}\rightarrow \mathrm{Al}^{\circ}+3\mathrm{Ag}^{+} (alternativa b) seria a direção oposta àquela favorecida pelos potenciais dados.

Passo 7

Comparação com as alternativas e exclusão das erradas
  • Alternativa a):
3\,\mathrm{Ag}^{+}+\mathrm{Al}^{\circ} \rightarrow 3\,\mathrm{Ag}^{\circ}+\mathrm{Al}^{3+}
corresponde exatamente à reação que obtivemos — alumínio é oxidado e prata é reduzida. Parece correta.
  • Alternativa b):
\mathrm{Al}^{3+}+3\,\mathrm{Ag}^{\circ} \rightarrow \mathrm{Al}^{\circ}+3\,\mathrm{Ag}^{+}
é a reação inversa: requer que \mathrm{Al}^{3+} seja reduzido por prata metálica — contradiz a ordem de tendência fornecida (já que \mathrm{Ag}^{+} tem maior tendência a receber elétrons).
  • Alternativa c):
\mathrm{Ag}^{\circ}+\mathrm{Na}^{+} \rightarrow \mathrm{Ag}^{+}+\mathrm{Na}^{\circ}
propõe redução de \mathrm{Na}^{+} a \mathrm{Na}^{\circ}, o que é muito desfavorável (sódio metálico não se forma em solução aquosa nas condições do experimento).
  • Alternativa d):
\mathrm{Al}^{\circ}+3\,\mathrm{Na}^{+} \rightarrow \mathrm{Al}^{3+}+3\,\mathrm{Na}^{\circ}
também exige formação de \mathrm{Na}^{\circ}, improvável nas condições aquosas; além disso o enunciado dá a ordem de tendência que não favorece redução de \mathrm{Na}^{+}.
  • Portanto, somente a alternativa a) é compatível com os dados e com o mecanismo químico plausível.

Resposta

a)

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