Cite três fatores experimentais que podem deslocar o equilíbrio de uma reação redox.
Passo 1
O enunciado pede que eu cite três fatores experimentais que podem deslocar o equilíbrio de uma reação redox.
Dados/condições implicadas pelo enunciado: preciso indicar três fatores experimentais (coisas que o experimentador pode alterar) que alteram a posição do equilíbrio de uma reação de oxidação-redução e explicar por que e como isso acontece. Vou também ensinar os conceitos necessários para que você entenda e consiga aplicar isso na prova.
Dados/condições implicadas pelo enunciado: preciso indicar três fatores experimentais (coisas que o experimentador pode alterar) que alteram a posição do equilíbrio de uma reação de oxidação-redução e explicar por que e como isso acontece. Vou também ensinar os conceitos necessários para que você entenda e consiga aplicar isso na prova.
Passo 2
O que significa “deslocar o equilíbrio” numa reação redox?
Quando uma reação redox está em equilíbrio, não há tendência líquida para que a reação prossiga no sentido direto ou inverso. Em células eletroquímicas, a força motriz é a diferença de potencial elétrico. A equação que relaciona o potencial do par redox com as condições experimentais é a equação de Nernst. Vou apresentá‑la e explicar cada termo:
Quando uma reação redox está em equilíbrio, não há tendência líquida para que a reação prossiga no sentido direto ou inverso. Em células eletroquímicas, a força motriz é a diferença de potencial elétrico. A equação que relaciona o potencial do par redox com as condições experimentais é a equação de Nernst. Vou apresentá‑la e explicar cada termo:
onde:
-
é o potencial do par redox nas condições experimentais (em volts); -
é o potencial padrão do par redox (em volts), medido quando todas as espécies estão em suas concentrações padrão; -
é a constante dos gases universais ( ); -
é a temperatura absoluta (em kelvin); -
é o número de elétrons trocados na meia‑reação (número adimensional); -
é a constante de Faraday ( ); -
é o quociente de reação (produto das concentrações dos produtos elevado aos seus coeficientes dividido pelo produto das concentrações dos reagentes elevado aos seus coeficientes), usando atividades aproximadas por concentrações quando apropriado.
Interpretação física curta: qualquer mudança experimental que altere
,
ou
vai mudar
e, portanto, deslocar o equilíbrio (ou a tendência da reação). A seguir eu descrevo três fatores práticos e mostro como cada um age sobre os termos acima.
Passo 3
Fator 1 — Mudança nas concentrações das espécies oxidantes ou reduzidas (incluir H+ ou OH− quando participam): por que e como isso desloca o equilíbrio.
Explicação didática: para a meia‑reação genérica de redução
Explicação didática: para a meia‑reação genérica de redução
o quociente de reação (para a meia‑reação) costuma ser
(ou incluir atividades/coeficientes estequiométricos se houver). Pela equação de Nernst,
- Se eu aumento a concentração de
(adiciono um oxidante), então aumenta, diminui, diminui, e o termo subtraído fica menor, logo aumenta (potencial de redução fica mais positivo). Isso favorece a redução de (a reação direta de redução passa a ser mais espontânea): o equilíbrio desloca‑se em direção à formação de . - Se eu aumento a concentração de
(adiciono um redutor), aumenta, aumenta, o termo subtrai mais e diminui; assim a tendência da redução diminui e o equilíbrio desloca‑se para formar .
Exemplo prático: numa solução contendo
, adicionar
favorece a redução
; adicionar
favorece a oxidação de
.
Como fazer na prática na prova: reconheça o quociente e diga se a adição de uma espécie aumenta ou diminui
e então use o sinal do termo
para concluir se
aumenta ou diminui.
Como fazer na prática na prova: reconheça o quociente
Passo 4
Fator 2 — Mudança do pH (concentração de
ou
): por que e como isso desloca o equilíbrio.
Explicação didática: muitas meia‑reações redox envolvem prótons. Por exemplo, a redução do oxigênio em meio ácido é
Explicação didática: muitas meia‑reações redox envolvem prótons. Por exemplo, a redução do oxigênio em meio ácido é
Nesse caso, o quociente de reação contém a concentração de
elevada a uma potência (aqui
). Pela Nernst, o potencial depende explicitamente de
. Se você altera o pH (por adição de ácido ou base), você altera
e, portanto, altera
e
.
- Aumentar o pH (diminuir
) geralmente torna potenciais de redução que consomem menos positivos (fica mais difícil reduzir), deslocando o equilíbrio para o lado da oxidação. - Diminuir o pH (aumentar
) torna mais favorável a redução quando os prótons participam como reagentes.
Exemplo prático simples: a reação anterior tende a ser muito mais rápida/espontânea em meio ácido do que em meio básico pelo efeito de
no potencial. Na prova, identifique se a meia‑reação tem
ou
; então explique que mudar o pH altera
em
e com isso muda
.
Passo 5
Fator 3 — Mudança de temperatura: por que e como isso desloca o equilíbrio.
Explicação didática: a temperatura aparece na equação de Nernst tanto explicitamente (no fator ) quanto implicitamente porque o potencial padrão
depende da temperatura via energia livre padrão. Relacionamentos úteis:
Explicação didática: a temperatura aparece na equação de Nernst tanto explicitamente (no fator
e
Daí
, e como
depende de
,
também muda com
. Além disso, o termo
na Nernst aumenta com
, alterando a sensibilidade do potencial a
. Consequências qualitativas:
- Para reações endotérmicas (
) o aumento de tende a tornar mais favorável (mais negativo) em certas condições, podendo aumentar e favorecer a reação direta; para exotérmicas o efeito pode ser oposto — por isso é importante saber se a reação é endotérmica ou exotérmica. - Mesmo sem calcular
e , na prática experimental aquecer ou resfriar uma célula eletroquímica costuma alterar a magnitude de e pode inverter a espontaneidade em casos próximos do equilíbrio.
Como usar isso na prova: se a questão dá dependência térmica (ou pede efeito qualitativo), conecte
com
e explique se o aumento de
favorece ou não a reação, ou comente que alterar
muda
e, portanto, a influência do quociente
sobre
.
Passo 6
Resumo prático e dicas para a prova (como usar isso rapidamente):
- Sempre que vir uma pergunta sobre deslocar equilíbrio redox, pergunte mentalmente: isso muda
? isso muda ? isso muda ? Se a resposta for sim para qualquer uma, então o equilíbrio se desloca. - Use a Nernst para argumentos quantitativos ou o raciocínio de sinais (aumentar espécies oxidantes vs redutoras).
- No laboratório, ações típicas: adicionar oxidante/reduzente (muda concentrações), ajustar pH com ácido/base (muda
), aquecer/esfriar (muda ). Se a questão pedir efeito de aplicar uma tensão externa, você também pode forçar o deslocamento (eletrolise) — isso é um caso experimental extra, mas os três pedidos são os que listei.
Força aí — você já pode aplicar isso em qualquer exercício que envolva equilíbrio redox: identifique os termos de, veja presença de e pense em temperatura.
Resposta
Mudança das concentrações das espécies oxidantes ou reduzidas (adicionar oxidante ou redutor).
Mudança do pH (variação da concentração de ou
).
Variação da temperatura.
Mudança do pH (variação da concentração de
Variação da temperatura.