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
\Delta E^{\ominus} e preveja a espontaneidade das seguintes reações:
\mathrm{Fe}^{2+} com \mathrm{Ni}^{2+};

Passo 1

O que o problema pede: calcular o valor de \Delta E^{\ominus} para a combinação envolvendo \mathrm{Fe}^{2+} e \mathrm{Ni}^{2+} e prever se a reação é espontânea.
Informações que vou usar (potenciais-padrão de redução, valores usuais):
\mathrm{Fe}^{2+} + 2e^- \longrightarrow \mathrm{Fe}(s),\qquad E^{\ominus}= -0{,}44\\ \mathrm{V}
\mathrm{Ni}^{2+} + 2e^- \longrightarrow \mathrm{Ni}(s),\qquad E^{\ominus}= -0{,}25\\ \mathrm{V}
Esses são os potenciais padrão de redução que vou usar para comparar as duas metades.

Passo 2

Conceito importante (aula rápida): o potencial-padrão de redução E^{\ominus} indica a tendência de uma espécie ser reduzida. Quanto maior (mais positivo) for E^{\ominus}, maior a tendência a ganhar elétrons (ser reduzida). Quando juntamos duas meias-reações, a que tiver o maior E^{\ominus} atua como redução (cátodo) e a outra será invertida (oxidação, ânodo). A diferença entre os potenciais dá o potencial da célula:
E^{\ominus}_{\text{célula}} = E^{\ominus}_{\text{cátodo}} - E^{\ominus}_{\text{ânodo}}.éáâ
Se E^{\ominus}_{\text{célula}}>0é a reação espontânea no sentido escrito; se <0 não é espontânea.

Passo 3

Comparação direta dos valores: \mathrm{Ni}^{2+}/\mathrm{Ni} tem E^{\ominus}=-0{,}25\\ \mathrm{V} e \mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe} tem E^{\ominus}=-0{,}44\\ \mathrm{V}. Como -0{,}25>-0{,}44, a meia-reação de níquel tem maior tendência a ser reduzida. Logo:
  • cátodo (redução): \mathrm{Ni}^{2+} + 2e^- \longrightarrow \mathrm{Ni}(s) com E^{\ominus}_{\text{cátodo}}=-0{,}25\\ \mathrm{V}á;
  • ânodo (oxidação): a meia de ferro é invertida: \mathrm{Fe}(s) \longrightarrow \mathrm{Fe}^{2+} + 2e^- (raiz da oxidação) e usamos E^{\ominus}_{\text{ânodo}}=E^{\ominus}(\mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe})=-0{,}44\\ \mathrm{V}â.
A equação global espontânea esperada é:
\mathrm{Fe}(s) + \mathrm{Ni}^{2+}(aq) \longrightarrow \mathrm{Fe}^{2+}(aq) + \mathrm{Ni}(s).

Passo 4

Cálculo de \Delta E^{\ominus} (potencial-padrão da célula): aplicando a fórmula
\Delta E^{\ominus}=E^{\ominus}_{\text{cátodo}}-E^{\ominus}_{\text{ânodo}}áâ
substituindo os valores:
\Delta E^{\ominus}=(-0{,}25)\\\ -\\ (-0{,}44)\\ \mathrm{V}.
Fazendo a conta:
\Delta E^{\ominus}=-0{,}25+0{,}44=+0{,}19\\ \mathrm{V}.

Passo 5

Interpretação termodinâmica e espontaneidade: \Delta E^{\ominus}=+0{,}19\\ \mathrm{V}>0, portanto a reação escrita
\mathrm{Fe}(s)+\mathrm{Ni}^{2+}(aq)\longrightarrow \mathrm{Fe}^{2+}(aq)+\mathrm{Ni}(s)
é espontânea sob condições padrão. Em termos de deslocamento metálico: o ferro metálico ( \mathrm{Fe}(s)) desloca íons níquel ( \mathrm{Ni}^{2+}), ou seja, o ferro é o agente redutor que se oxida e o níquel é reduzido.

Passo 6

Dica prática para a prova (resumo rápido): compare os E^{\ominus}. O maior E^{\ominus} → redução. Calcule \Delta E^{\ominus}=E^{\ominus}_{\text{maior}}-E^{\ominus}_{\text{menor}}. Se o resultado for positivo, a reação que coloca o par de maior E^{\ominus} como redução é espontânea. Confie nisso mesmo sem calcular \Delta G^{\ominus} explicitamente.

Resposta

\Delta E^{\ominus}=+0{,}19\\ \mathrm{V}. Reação espontânea: \mathrm{Fe}(s)+\mathrm{Ni}^{2+}(aq)\longrightarrow \mathrm{Fe}^{2+}(aq)+\mathrm{Ni}(s).

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