Dadas as seguintes semirreações de redução com os respectivos valores de potencial padrão de redução, responda às questões 6 a 11.
Calcule o valor de
e preveja a espontaneidade das seguintes reações:
Cu com
em meio ácido.
Calcule o valor de
Cu com
Passo 1
O que o problema pede: calcular o valor de
para a reação entre cobre metálico e
em meio ácido e prever se a reação é espontânea sob condições-padrão.
Informações relevantes (valores-padrão que vamos usar):
em meio ácido tem a semirreação de redução
Informações relevantes (valores-padrão que vamos usar):
O par cobre tem a semirreação de redução
A reação global desejada (conceitualmente): cobre metálico é oxidado e
é reduzido em meio ácido. Vamos usar esses dados-padrão para calcular
.
Passo 2
Entendendo os potenciais-padrão: o número
de uma semirreação de redução indica a tendência dessa meia-reação ocorrer como redução (ganho de elétrons) em condições-padrão. Valores maiores significam maior tendência a ser reduzido. Aqui temos as duas semirreações escritas como reduções (já está nas informações do Passo 1). Repetindo-as para clareza:
O que é importante: para formar a pilha/reação, a meia-reação com maior
atua como redução (cátodo) e a outra será invertida (oxidação) se quisermos a reação espontânea.
Passo 3
Decidindo quem reduz e quem oxida na reação solicitada: como
de
é maior que o de
, a
será reduzida e o cobre metálico será oxidado (isto é, o par
irá atuar como anodo, sua semirreação escrita como oxidação). Portanto escrevemos a oxidação do cobre invertendo a semirreação de redução dada:
Observação didática: ao inverter a semirreação (redução → oxidação) o valor do potencial troca de sinal se quisermos escrever como potencial de oxidação; na prática, para calcular a força eletromotriz de uma célula usamos a fórmula com os
de redução sem inverter sinais (ver próximos passos).
Passo 4
Balanceando elétrons entre as semirreações: a redução de
consome
elétrons; cada átomo de
ao oxidar fornece
elétrons. Para igualar elétrons, multiplicamos a oxidação do cobre por
:
Agora somamos com a redução do oxigénio (que usa 4 e−) para obter a equação global balanceada:
Aqui
, o número total de elétrons transferidos na reação balanceada, é
.
Passo 5
Calculando
(potencial da célula-padrão): a regra prática é
Importante: usamos os potenciais de redução de ambas as semirreações (sem inverter sinais) e subtraímos o do anodo. Aqui:
Substituindo os valores:
Então o potencial-padrão da reação é
.
Passo 6
Interpretando o sinal de
e a espontaneidade: quando
sob condições-padrão, a variação de energia livre-padrão
é negativa, o que indica que a reação é termodinamicamente espontânea na direção escrita (cobre sendo oxidado e
reduzido). A relação entre
e
é
onde
é o número de elétrons trocados (aqui
) e
é a constante de Faraday
. Calculando um valor aproximado para ilustrar:
Como
, a reação é termodinamicamente espontânea em condições-padrão. Observação prática: espontaneidade termodinâmica não garante rapidez cinética — a oxidação do cobre por
pode ser lenta sem catalisadores ou condições adequadas.
Resposta
Reação termodinamicamente espontânea (sob condições-padrão;