Dadas as seguintes semirreações de redução com os respectivos valores de potencial padrão de redução, responda às questões 6 a 11.
A seguinte equação química descreve a reação de desproporcionamento do cátion cobre(I):
a) Qual é o
desta reação? b) Qual reação é espontânea, a de sentido direto ou inverso? c) Uma solução aquosa de íon cobre(I) é estável? d) Aconteceria alguma coisa se mergulhasse uma barra de cobre em solução de
? Justifique.
A seguinte equação química descreve a reação de desproporcionamento do cátion cobre(I):
a) Qual é o
Passo 1
O enunciado dá a reação de desproporcionamento do cátion cobre(I):
e pede:
a) o valor de dessa reação;
b) qual sentido (direto ou inverso) é espontâneo;
c) se uma solução aquosa de é estável;
d) o que aconteceria se mergulhássemos uma barra de cobre em solução de , com justificativa.
a) o valor de
b) qual sentido (direto ou inverso) é espontâneo;
c) se uma solução aquosa de
d) o que aconteceria se mergulhássemos uma barra de cobre em solução de
Informações que vamos usar (valores padrão de potenciais de redução retirados de tabelas usuais e que o enunciado implicitamente fornece):
(Se precisar, posso usar outras cifras significativas, mas vou trabalhar com esses valores.)
Passo 2
Conceito e ferramenta que vamos usar (passo-a-passo didático, sem pular etapas):
- Potenciais padrão de redução
são dados para semirreações no sentido redução (ganho de elétrons). - Para montar um par galvânico (célula) usamos dois potenciais de redução: o polo que tem maior
atua como cátodo (redução) e o de menor atua como anodo (oxidação). - A diferença de potencial padrão da célula é
Aqui trabalharemos com transferência de
elétron efetivo entre as duas metades do processo de desproporcionamento (cada meia-reação de Cu+ envolve 1 e−).
- Relação com energia livre padrão:
onde
é o número de mols de elétrons trocados e
é a constante de Faraday. Sinal:
corresponde a
(reação espontânea no sentido escrito).
Passo 3
Identificar as semirreações úteis para o desproporcionamento. A reação global pode ser vista como soma de duas semirreações envolvendo
:
- redução (cátodo):
. Precisamos do desta semirreação. - oxidação (ânodo):
, que é a inversa da semirreação de redução . O desta redução direta (usada como referência) é .
Por enquanto só temos explicitamente
e
. Podemos obter
usando a relação entre energias livres, porque a reação global
é, em termos de energia livre, a soma de
e
Em termos de
:
Usando
(e levando em conta os
apropriados: 2, 1 e 1), obtém-se a relação
Dessa equação isolamos
:
Passo 4
Calcular
usando os valores tabulados dados no Passo 1. Substituindo:
Faço as contas devagar:
Portanto
(aproximamos conforme as cifras dadas; tabelas com mais casas podem citar
ou
V — a ordem de grandeza é a mesma).
Passo 5
Agora montamos a célula para a reação de desproporcionamento escrita no enunciado:
Uma das metades é redução de
a
(cátodo) com
. A outra metade é a oxidação de
a
, cuja redução correspondente tem
; esse será o anodo (reação escrita como oxidação). Usamos a fórmula
Substituindo:
Passo 6
Interpretação do sinal e conclusão sobre espontaneidade:
- Como
, a reação escrita no sentido do enunciado (isto é, o sentido direto: ) tem e é espontânea sob condições padrão. - Em outras palavras: o cátion
se desproporciona espontaneamente em e .
Passo 7
Responder à pergunta sobre a estabilidade de solução aquosa de
:
- Pelo que vimos,
tende a desproporcionar espontaneamente em água a e . Logo, uma solução aquosa contendo apenas livre é instável: ao longo do tempo formam-se e depósito de cobre metálico. - Observação prática:
pode ser estabilizado se houver complexantes (ligantes) ou em solventes não aquosos; mas em água pura ele não é duradouro.
Passo 8
O que ocorre se mergulharmos uma barra de cobre em solução de
(contendo
)?
- Consideremos a reação hipotética que converteria
e em :
- O potencial associado a essa reação é exatamente o negativo do desproporcionamento que calculamos antes; ou, usando a mesma regra de sinais,
- Como esse
é negativo, a reação acima é não espontânea nas condições padrão. Portanto, ao mergulhar uma barra de cobre em solução de nada de notável acontece: não há dissolução espontânea do metal formando , nem há depósito de cobre (porque já há cobre metálico e o sistema está em equilíbrio em relação a ). Em linguagem simples: uma barra de cobre numa solução de sulfato de cobre comum permanece inalterada (salvo outros processos externos, como oxidação por agentes diferentes ou corrente elétrica).
Resposta
a)
b) O sentido direto ( ) é espontâneo.
c) Não; uma solução aquosa de é instável (desproporciona formando
e
), salvo se estabilizada por complexantes.
d) Não acontece reação significativa: uma barra de cobre mergulhada em não reage (não se dissolve nem há depósito extra de cobre) nas condições normais, porque a reação
é não espontânea (
).
b) O sentido direto (
c) Não; uma solução aquosa de
d) Não acontece reação significativa: uma barra de cobre mergulhada em