Calcular o potencial padrão para cada uma das reações abaixo:
Passo 1
O enunciado pede: calcular o potencial padrão para a reação
Informações relevantes fornecidas:
- Está dada a equação global da reação (acima).
- A reação envolve espécies em meio aquoso com íons hidróxido (
), portanto o processo de redução do alumínio ocorre em meio básico. - Não foram fornecidos valores de potenciais; será necessário usar potenciais-padrão de meia-reação conhecidos de uma tabela de potenciais padrão (valores padrão de eletrodo).
Passo 2
Vou separar a reação global em duas meias-reações (oxidação e redução). Primeiro verifico que número de elétrons aparentes é
porque existem três átomos de sódio metálico sendo oxidados (cada
entrega
elétron), então a meia-reação de redução deve ganhar
elétrons.
Passo 3
Escrevo a meia-reação de redução do alumínio (aceitação de
elétrons) que corresponde diretamente à parte da equação global que reduz:
Verificação rápida de balanço:
- Carga à esquerda:
(do ) mais (dos ) = . À direita: dá . OK. - Átomos: Al 1 e 1; H:
(do complexo) + (da água) = à esquerda; à direita (nos ). O balanço está correto.
Essa meia-reação é a forma de redução em meio básico do ânion aluminato/b-aluminato; em tabelas de potenciais ela aparece normalmente como
que é equivalente ao que temos (relações entre fórmulas como
e
ocorrem dependendo da escrita, mas a meia-reação em meio básico é a acima).
Passo 4
Escrevo a meia-reação de oxidação do sódio metálico (cada sódio dá 1 elétron):
Na reação global temos
átomos de sódio, portanto precisamos de
unidades dessa oxidação para igualar os
elétrons da redução (isto já está consistente com a equação global dada).
Passo 5
Explico a estratégia para obter o potencial padrão da reação global: o potencial padrão de célula é
onde
é o potencial-padrão da meia-reação de redução (a menor energia necessária para reduzir) e
é o potencial-padrão da meia-reação de redução do par usado como ânodo (aqui usamos o par
); essa fórmula é a forma usual de combinar potenciais padrão. A unidade é volts (
).
Nota: não se confundir — os valores de tabela são potenciais de redução padrão
. Para a equação global onde o sódio é oxidado, usa-se o
do par
na fórmula acima (subtração).
Passo 6
Agora preciso dos valores tabelados dos potenciais padrão de redução das meias-reações que identificamos. Valores padrão (de tabelas usuais de eletroquímica) são:
- Potencial padrão do par
:
- Potencial padrão da meia-reação em meio básico para o aluminato:
Observação: estes valores vêm de tabelas padrão de potenciais de eletrodo. O valor associado à redução do alumínio em meio básico (aluminato) é diferente do valor do par
por envolver espécies ligadas ao
.
Passo 7
Calculo o potencial padrão da célula usando a fórmula do Passo 5:
Aqui o catodo é a redução do aluminato (
) e o anodo, na forma de potencial de redução que subtrai, é
(
). Substituindo:
Passo 8
Interpretação física rápida:
positivo significa que, sob condições-padrão (atividades unitárias,
para íons, pressão
, temperatura
), a reação escrita na forma dada é espontânea (a redução do aluminato por sódio metálico é termodinamicamente favorável).