Dados os potenciais de redução dos metais abaixo, responda os itens a seguir:
a) Indique a ordem de oxidação de cada material. Justifique.
b) Qual(is) seria(m) utilizado(s) como metal(is) de sacrifício?
c) Faça o esboço de uma pilha de Fe e Zn . Quem seria o catodo e anodo? Qual seria o potencial da célula? Qual seria a energia livre de Gibbs?
b) Qual(is) seria(m) utilizado(s) como metal(is) de sacrifício?
c) Faça o esboço de uma pilha de Fe e Zn . Quem seria o catodo e anodo? Qual seria o potencial da célula? Qual seria a energia livre de Gibbs?
Passo 1
O enunciado dá os potenciais padrão de redução e pede três coisas. Dados (peguei-os do enunciado):
As perguntas são:
a) Indicar a ordem de oxidação de cada material e justificar.
b) Dizer qual(is) metal(is) seria(m) utilizado(s) como metal(is) de sacrifício.
c) Fazer o esboço de uma pilha de Fe e Zn; indicar catodo e anodo; calcular o potencial da célula e a energia livre de Gibbs padrão.]
a) Indicar a ordem de oxidação de cada material e justificar.
b) Dizer qual(is) metal(is) seria(m) utilizado(s) como metal(is) de sacrifício.
c) Fazer o esboço de uma pilha de Fe e Zn; indicar catodo e anodo; calcular o potencial da célula e a energia livre de Gibbs padrão.]
Passo 2
Conceitos fundamentais (aulas rápidas que você precisa para a prova).
- Potencial padrão de redução
: número que mede a tendência de uma espécie ganhar elétrons (ser reduzida) em condições padrão. Quanto mais positivo for , maior a tendência a ser reduzida (ser receptor de elétrons). - Tendência oposta para oxidação: se uma meia-reação tem
mais negativo em comparação com outra, essa espécie tem maior tendência a perder elétrons (ser oxidada). - Em uma pilha galvânica espontânea, a meia-reação com menor (mais negativo)
opera como oxidação (anodo) e a com maior (mais positivo) opera como redução (catodo). - Potencial de célula padrão:
Aqui,
e
são os potenciais de redução padrão das respectivas meias-reações, sem inverter sinais ao plugá-los na fórmula (a subtração cuida disso).
- Energia livre de Gibbs padrão relacionada ao potencial:
onde
é o número de elétrons transferidos na reação global (mol de elétrons por mol de reação), e
é a constante de Faraday:
. O sinal negativo indica que se
então
(processo espontâneo sob padrão).
Passo 3
Determinar a ordem de oxidação (passo a passo, sem pular etapas).
- Liste os
de cada metal (peguei do enunciado):
-
Interpretação: quanto mais positivo o
, mais fácil é reduzir (ganhar elétrons). Portanto, o metal com o mais negativo tem maior tendência a oxidar (perder elétrons). Ordenando do mais negativo ao menos negativo obtemos a ordem de maior tendência à oxidação para menor tendência. -
Ordenando:
portanto, em termos de tendência a oxidar (do que oxida mais facilmente para o que oxida menos facilmente):
Explicação intuitiva:
tem
, o mais negativo, logo perde elétrons mais facilmente (é o agente redutor mais forte).
tem o
menos negativo (mais alto), logo é o menos propenso a ser oxidado.
Passo 4
Resposta ao item (b): quais metais servem como sacrifício — explicação e lógica.
- Definição rápida: metal de sacrifício (ânodo sacrifical) é um metal que se deixa corroer (oxidar) preferencialmente para proteger outro metal mais nobre. Deve ter maior tendência a oxidar (isto é,
mais negativo) que o metal protegido. - Pelo ordenamento do passo anterior, qualquer metal com
mais negativo que o metal a proteger será sacrificial. Assim: -
( ) serve como metal de sacrifício para proteger e , pois oxida mais facilmente que ambos. -
( ) também pode servir como metal de sacrifício para proteger (porque ).
-
- Conclusão prática: o melhor sacrificial entre os três é
. Se a intenção é proteger apenas , pode-se usar também, mas para proteger precisaria de .
Passo 5
Esboço textual (pilha Galvânica) de
e
; indicar anodo e catodo e escrever as meias-reações.
- Notação de célula padrão (meia-células e ponte salina):
-
Identificação de anodo e catodo (com base nos
fornecidos): - Anodo (oxidação):
porque tem o mais negativo. - Catodo (redução):
.
- Anodo (oxidação):
-
Fluxos:
- Elétrons fluem do anodo (Zn) para o catodo (Fe) através do fio externo.
- Íons na ponte salina equilibram cargas (o detalhe prático: cátions migram para o cátodo, ânions para o anodo), mas não precisamos desenhar isso na prova além de mencionar que existe ponte salina.
Passo 6
Cálculo do potencial da célula
.
- Usar a fórmula:
- Substituir os valores (peguei
e ):
- Interpretação:
, portanto a reação espontânea sob condições padrão é aquela escrita com oxidando e reduzindo (conforme identificação do anodo/catodo).
Passo 7
Cálculo da energia livre padrão
.
- Fórmula:
onde:
-
= número de elétrons trocados por cada mol da reação global. Aqui (cada fornece 2 elétrons e cada consome 2 elétrons). -
= . -
(calculado no Passo 6).
- Substituindo:
- Lembre que
. Fazer a conta:
- Arredondando e convertendo para kJ:
Interpretação:
confirma que a reação global é espontânea sob condições padrão.
Passo 8
Resumo final (dicas rápidas para a prova)
- Para comparar quem oxida/reduz, basta comparar os
: mais negativo → oxida mais fácil. - Metal de sacrifício = metal com
mais negativo que o metal a proteger. - Na hora de calcular
não esqueça a ordem: catodo menos anodo (ambos como potenciais de redução). - Para
sempre use e verifique unidades.
Resposta
a)
(ordem de maior para menor tendência a oxidar).
b) seria o principal metal de sacrifício;
também pode sacrificar-se para proteger
.
c) Esboço/identificação:
anodo:
; catodo:
.
.
.
b)
c) Esboço/identificação: