- Analise se as reações seguintes são espontâneas
a) Identifique o estado de oxidação dos átomos na reação redox
b) Separe a reação em duas semi-reações: semi-reação de redução e semireação de oxidação
c) Em uma pilha de Daniell, qual semi-reação acontecerá no cátodo e qual acontecerá no ânodo?
d) Qual o potencial da célula? A reação é espontânea?
e) Qual é a notação desta célula?
a) Identifique o estado de oxidação dos átomos na reação redox
b) Separe a reação em duas semi-reações: semi-reação de redução e semireação de oxidação
c) Em uma pilha de Daniell, qual semi-reação acontecerá no cátodo e qual acontecerá no ânodo?
d) Qual o potencial da célula? A reação é espontânea?
e) Qual é a notação desta célula?
Passo 1
O enunciado dá a reação global já balanceada:
E pede:
a) identificar os estados de oxidação dos átomos relevantes;
b) separar em duas semirreações (redução e oxidação);
c) dizer qual semirreação ocorre no cátodo e qual no ânodo numa pilha (voltaica);
d) calcular o potencial da célula e dizer se a reação é espontânea;
e) escrever a notação (linha) dessa célula.
a) identificar os estados de oxidação dos átomos relevantes;
b) separar em duas semirreações (redução e oxidação);
c) dizer qual semirreação ocorre no cátodo e qual no ânodo numa pilha (voltaica);
d) calcular o potencial da célula e dizer se a reação é espontânea;
e) escrever a notação (linha) dessa célula.
Todos os dados necessários para trabalhar (a reação dada) estão no enunciado; valores de potenciais padrão serão usados a partir da tabela padrão de potenciais de redução (valores usuais a
).
Passo 2
Encontrar os estados de oxidação (como fazer): regra prática rápida — oxigênio costuma valer
, hidrogênio
; a soma dos estados de oxidação dos átomos de uma espécie é igual à carga da espécie. Vou aplicar isso aos elementos que mudam.
- Para
: cada oxigênio é . Somando 7 oxigênios dá . A carga total do íon é . Então a soma dos dois cromo deve ser . Assim cada cromo tem estado de oxidação
- Para
: óbvio pelo índice, o cromo tem estado de oxidação
- Para
: íon iodeto tem estado de oxidação
- Para
(elemento livre): estado de oxidação
- Para
: estado de oxidação
- Para
em : estado de oxidação
Interpretação rápida: cromo vai de
para
(redução, ganhou elétrons), iodo vai de
para
(oxidação, perdeu elétrons). Bom sinal!
Passo 3
Montar as semirreações (a reação global já está balanceada, mas aqui separam-se as metades com elétrons).
Semirreação de redução (o que acontece ao cromo, pego da reação dada; mostra os elétrons que entram):
(esta é a forma padrão da redução do dicromato para
.)
Semirreação de oxidação (o que acontece ao iodo/iodeto). A forma de redução conhecida é
mas para a oxidação escrevemos a inversa (ou escrevemos diretamente a oxidação):
Para combinar com a redução que consome
elétrons, multiplicamos a semirreação de oxidação por
:
Se somarmos a semirreação de redução e a semirreação de oxidação (com o fator 3), os
se cancelam e obtemos exatamente a reação global dada — isso confirma que as metades estão corretas.
Passo 4
Qual semirreação no cátodo e qual no ânodo? (regra e raciocínio)
- Em qualquer célula eletroquímica que funcione como pilha (voltaica), a redução acontece no cátodo e a oxidação no ânodo.
- A semirreação que reduz é a do dicromato (consome elétrons), logo essa ocorrem no cátodo.
- A semirreação que oxida é a do iodeto (gera elétrons), logo essa ocorre no ânodo.
Em palavras: elétrons são liberados no ânodo (oxidação de
) e fluem pelo circuito até o cátodo, onde são consumidos pela redução do
.
Passo 5
Calcular o potencial padrão da célula e decidir espontaneidade (como fazer e resultado).
Fórmula importante (explicação curta): o potencial padrão da célula é
onde cada
é o potencial de redução padrão da meia-reação (tabela de potenciais padrão). Essa fórmula dá o potencial da pilha quando as espécies estão em concentrações padrão.
Valores padrão (tabela de potenciais de redução a
, valores usuais):
Aqui o cátodo é a redução do dicromato e o ânodo é a oxidação do iodeto (lembrar: na fórmula usa-se os potenciais de redução, então “anodo” entra com o seu potencial de redução também).
Então
Arredondando razoavelmente:
Interpretação de espontaneidade: uma reação redox que corresponde a uma célula com
é espontânea sob condições padrão. Portanto, sob condições padrão (concentrações das espécies
, pressões parciais
,
), a reação é espontânea. Nota pedagógica: se as concentrações forem muito diferentes, usa-se a equação de Nernst para avaliar a espontaneidade nas condições reais.
Passo 6
Escrever a notação da célula (convenção: ânodo à esquerda, cátodo à direita; fases e separador duplo para a ponte salina). Como as duas metades envolvem espécies aquosas e
sólido, normalmente usa-se eletrodos inertes de platina para as reações que envolvem o par
e também para a meia-reação do dicromato (se não houver eletrodo metálico ativo). Uma notação válida é:
(à esquerda o ânodo onde ocorre a oxidação de
, à direita o cátodo onde ocorre a redução do dicromato).
Passo 7
Resumo rápido e verificação: somando as duas semirreações (redução do dicromato com
e oxidação de
) obtém-se exatamente a reação inicial dada, o potencial padrão calculado é positivo (
), então a reação é espontânea em condições padrão. Força final: confia no processo — está tudo consistente!
Resposta
a)
em
em
em
em (\mathrm{I}_2:\\ 0;\quad \mathrm{H}:\\ +1;\quad \mathrm{O}:\\ -2.\n
b) Redução:
b) Redução:
Oxidação:
c) No cátodo ocorre a redução do
(cátodo = redução); no ânodo ocorre a oxidação do
(ânodo = oxidação).\n
d) Como
, a reação é espontânea sob condições padrão.\n
e) Notação da célula:
d)
e) Notação da célula: