Com base nos potenciais padrão de redução, calcule o potencial padrão da célula voltaica para cada uma das seguintes reações (já balanceadas) a 298 K :
Passo 1
Vou deixar claro o que o enunciado fornece e o que pede.
- Reação fornecida (já balanceada):
-
O que o problema pede:
Calcular o potencial padrão da célula voltaicapara essa reação a , usando os potenciais padrão de redução (valores de tabela). -
Informações relevantes que já estão no enunciado:
- A reação mostra que
é reduzido a . - A espécie
aparece do lado dos reagentes e passa a mais prótons; portanto é a espécie que se oxida (fornece elétrons). - O número total de elétrons trocados na reação global é
(verificável ao balancear as metades).
- A reação mostra que
A partir daqui vou decompor em semi-reações, pegar os potenciais padrão de redução na tabela e calcular
.
Passo 2
Identificar e escrever as semi-reações de redução e oxidação (ou suas formas de redução, que é como aparecem nas tabelas).
- Redução que ocorre (observada na reação global):
cada íonaceita um elétron para formar . A semi-reação de redução é:
Como na reação global há
desses íons, o número total de elétrons transferidos é
, mas a semi-reação elemental tem
elétron.
- A outra semi-reação (a de redução correspondente, que está na tabela) é a inversa da oxidação observada. A oxidação observada na global é:
Logo a semi-reação de redução correspondente (aquela que aparece em tabelas de potenciais como “redução”) é:
Contagem de elétrons confirmada: cada vez que a redução de
consome
elétron, são necessárias 4 dessas reduções para consumir os 4 elétrons liberados pela oxidação de uma molécula de
, o que casa com a estequiometria da reação global.
Passo 3
Pegar os potenciais padrão de redução (valores de tabela). Os valores que vou usar, retirados de tabelas padrão de potenciais (tabelas usuais de eletroquímica a
), são:
- Potencial padrão de redução para a meia-reação ferricianeto/ferrociânido:
(Este é um valor de tabela frequentemente dado como
.)
- Potencial padrão de redução para a meia-reação nitrogênio/hidrazínio protonado:
(Este valor também é um valor tabulado para a redução que forma a espécie protonada
a partir de
em meio ácido. Estou explicitando o valor porque o cálculo numérico exige que se use números concretos da tabela.)
Obs.: em qualquer prova ou exercício é sempre bom indicar de onde vieram esses números (tabela de potenciais padrão). Aqui usei os valores padrão de tabela para os dois pares redox.
Passo 4
Determinar qual semi-reação funciona como cátodo (redução) e qual como ânodo (oxidação) no sentido espontâneo e então aplicar a fórmula para o potencial padrão da célula.
- A semi-reação com maior potencial padrão de redução age como cátodo (redução). Comparando os
tabelados:
é maior que
logo o cátodo é a redução do
e o ânodo é a oxidação do
(a inversa da semi-reação de redução tabulada).
- Fórmula para o potencial padrão da célula:
Aqui
e
. Note que subtrai-se o potencial de redução do par que está sendo oxidado (mesmo que na célula ele seja o ânodo).
Passo 5
Calcular numericamente
substituindo os valores:
Interpretação rápida: o potencial padrão positivo significa que, sob condições padrão (
nas espécies aquosas,
para gases), a reação escrita no enunciado procede espontaneamente no sentido apontado (ou seja,
se oxida enquanto
se reduz).