Para o equilíbrio
:
a) Calcule o potencial quando
.
b) Explique o sentido espontâneo da reação.
a) Calcule o potencial quando
b) Explique o sentido espontâneo da reação.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- Calcular o potencial elétrico para o par de meia-reação
sabendo que e que as concentrações são e . - Explicar qual o sentido espontâneo da reação nessas condições (ou seja: para que lado a reação tende a ocorrer espontaneamente?).
Informações relevantes dadas no enunciado:
,
,
.
Passo 2
Apresentar a equação que usamos (fórmula de Nernst) e explicar cada termo. A equação de Nernst para uma meia-reação de redução é
Aqui:
-
é o potencial da meia-reação nas condições dadas (o que queremos calcular). -
é o potencial padrão da meia-reação (dado: ). -
é a constante dos gases ideais, . -
é a temperatura absoluta em kelvin; quando nada é dito costuma-se assumir (ou seja ). -
é o número de elétrons transferidos na meia-reação (aqui , pois a reação usa um elétron). -
é a constante de Faraday, . -
é o quociente de reação construído com as atividades (aqui aproximadas por concentrações): produtos sobre reagentes, excluindo elétrons.
Também é muito prático usar a forma com logaritmo decimal para
:
onde o fator
vem de
avaliado a
. Vou mostrar rapidamente de onde vem esse número:
e multiplicando por
obtemos
Passo 3
Identificar
para a meia-reação dada. A meia-reação de redução é
O quociente de reação (usando concentrações) é
Substituindo as concentrações fornecidas (peguei esses valores do enunciado):
O número de elétrons transferidos é
.
Passo 4
Aplicar a equação de Nernst na forma decimal:
Substituindo
,
e
, obtemos
Arredondando sensatamente (três algarismos significativos, compatível com os dados),
.
Passo 5
Explicar o sentido espontâneo da reação de forma didática. Regra prática:
- Se
(potencial da meia-reação de redução positivo), a redução escrita (aqui ) é termodinamicamente favorável/espontânea nas condições dadas. - Se
, a reação escrita não é espontânea; o sentido espontâneo seria o oposto (oxidação).
No nosso caso calculamos
. Portanto, sob as concentrações dadas, a reação espontânea é a redução de
a
(ou seja, movimento para a direita no sentido escrito).
Uma forma complementar e concreta de ver isso é comparar
com a constante de equilíbrio
. Para uma meia-reação, em
,
Aqui
, então
, um número gigantesco. Como
, o sistema ainda está muito deslocado para os reagentes no sentido de que a reação tende a formar mais produto; por isso a redução de
para
é favorecida até se aproximar do equilíbrio. Em palavras: há muito mais capacidade (tremendo “impulso” termodinâmico) para formar
.
Resposta
a)
b) A reação é espontânea no sentido de redução de para
porque
(e porque
).
b) A reação é espontânea no sentido de redução de