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 (sem resolver ainda):
- São fornecidas duas semi-reações (em meio ácido, pelas espécies H+ e H2O presentes):
- O enunciado pede:
- Escrever a reação global espontânea (balanceada).
- Calcular o potencial padrão da célula
. - Calcular a variação de energia livre padrão
.
- Observações sobre as informações: não foram dadas as potenciais padrão; será necessário usar valores padrão de eletrodo disponíveis em tabela. Vou usar os valores usuais de tabela para estas semi-reações em solução ácida:
Passo 2
Balanceamento da semi-reação do dicromato (método: balancear elementos, depois O com
, H com
e finalmente carga com elétrons).
Partimos de
- Balanceia-se o Cr: colocamos
. - Balanceia-se O: há 7 oxigênios no dicromato, então adiciona-se
no lado direito. - Balanceia-se H:
traz , então adiciona-se no lado esquerdo. - Balanceia-se carga com elétrons: carga à esquerda inicial é
(do ) mais das dá . No lado direito, tem carga . Para igualar, adicionam-se ao lado esquerdo (reduzindo a carga esquerda de para ). Assim a semi-reação balanceada (reação de redução) é:
Passo 3
Balanceamento/ajuste da semi-reação de ferro para fazer coincidir elétrons.
A semi-reação fornecida é a forma de redução:
Para cancelar os
da semi-reação do dicromato, multiplicamos esta semi-reação por
:
Mas atenção: na célula espontânea a meia-reação que tiver maior potencial de redução atua como redução (catodo) e a outra se oxida (anodo). Como
é maior que
, o dicromato será reduzido (já escrito corretamente) e o par ferro atuará como oxidação. A oxidação correspondente (reverso da redução multiplicada) é:
Passo 4
Soma das semi-reações (cancelando os elétrons) para obter a reação global balanceada.
Somando a redução do dicromato e a oxidação do ferro:
Os
cancelam, ficando a reação líquida:
Essa é a reação global espontânea (em meio ácido).
Passo 5
Cálculo do potencial padrão da célula
.
- Regra: a semi-reação com maior potencial padrão de redução atua como catodo (redução); a outra, como anodo (oxidação). Então
- Fórmula para o potencial de célula padrão:
- Substituindo:
Portanto a célula é espontânea (
) e dá
.
Passo 6
Cálculo de
(variação de energia livre padrão) a partir de
.
- Fórmula relacionando energia livre e potencial elétrico:
onde: -
é o número de elétrons transferidos na reação global (aqui ); -
é a constante de Faraday, ; -
é o potencial padrão da célula em volts.
-
- Substituindo:
Lembrando que , então o produto dá joules por mol de reação. - Fazendo as contas passo a passo:
Assim
- Interpretação rápida:
é negativa, confirmando que a reação global é espontânea em condições padrão.