Escreva as reações globais espontâneas, calcule
para as combinações de semi-reações a seguir: *Balanceie as reações quando necessário.
Passo 1
O que o enunciado dá e o que pede:
- Dadas as semi-reações (na forma de redução):
- Pede-se:
- Escrever a reação global espontânea (balanceada).
- Calcular
(tensão padrão da célula). - Calcular
(energia livre padrão da reação).
- Informações relevantes fornecidas: as duas semi-reações em forma de redução. Não foram dadas as potenciais-padrão; vou usar os valores padrão conhecidos em tabelas de potenciais-padrão.
Passo 2
Explicando a ferramenta principal: potencial padrão de redução.
- Em eletroquímica, cada semi-reação de redução tem um potencial-padrão de redução
(em volts) tabulado. - Esses números nos dizem qual espécie tem maior tendência a ser reduzida: quanto maior
, maior a tendência de redução. - Valores que vou usar (valores-padrão de tabelas comuns):
(estes são valores padrão medidos em condições padrão:
,
,
.)
Passo 3
Determinar qual semi-reação será redução (cátodo) e qual será oxidação (ânodo).
- Comparando
: é maior que . - Regra prática: a semi-reação com maior potencial de redução atua como redução (cátodo) e a outra será invertida (oxidação, ânodo).
- Portanto:
- Redução (cátodo):
. - Oxidação (ânodo): inverter a semi-reação do zinco (escrever como oxidação):
- Observação: ao inverter uma semi-reação, o sinal do potencial-padrão não muda na tabela, mas ao calcular a tensão da célula usa-se a fórmula apropriada (ver próximo passo).
- Redução (cátodo):
Passo 4
Balanceamento de elétrons e obtenção da reação global.
- A semi-reação de oxidação do zinco entrega
elétrons; a redução de prata consome elétron. Para cancelar elétrons, multiplica-se a semi-reação de prata por : que dá - Somando com a oxidação do zinco:
os elétrons se cancelam e obtemos a reação global balanceada:
Passo 5
Cálculo de
.
- Fórmula usada: a tensão padrão da célula, quando se conhecem os potenciais-padrão de redução, é
Aqui o “anodo” significa a semi-reação que, na tabela, está escrita como redução (mesmo que na célula ela seja oxidada). - Substituindo:
- Interpretação:
indica que a reação global é espontânea sob condições padrão.
Passo 6
Cálculo de
.
- Relação entre energia livre padrão e potencial da célula:
onde: -
é o número de elétrons transferidos por fórmula química balanceada (aqui ), -
é a constante de Faraday, , -
em volts.
-
- Substituindo os números:
(Lembrando que , logo o produto dá joules por mol.) - Fazendo a conta:
- Arredondando de forma apropriada:
Passo 7
Interpretação final e checagens úteis.
- Como
e é negativo, a reação é espontânea sob condições padrão. - Observação prática: na célula galvânica correspondente, o zinco é o ânodo (sofre corrosão/oxidação) e a prata é o cátodo (se deposita prata metálica).