Escreva as semi-reações e a equação balanceada das reações de célula de cada uma das seguintes células galvânicas. \mathrm{Cu}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})\right|\left|\mathrm{Au}^{+}(\mathrm{aq})\right| \mathrm{Au}(\mathrm{s})
Passo 1
O enunciado pede: escrever as semi-reações e a equação global balanceada da célula galvânica representada por \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \mid \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \mid\mid \mathrm{Au}^{+}(\mathrm{aq}) \mid \mathrm{Au}(\mathrm{s}).\n
Informações fornecidas pelo enunciado: \mathrm{Cu}(\mathrm{s}), \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}), \mathrm{Au}^{+}(\mathrm{aq}) e \mathrm{Au}(\mathrm{s}).\n
O que precisa ser entregue: (1) as semi-reações de oxidação e redução, e (2) a equação global balanceada da reação espontânea dessa célula.
Passo 2
Como decidimos quem é oxida e quem é reduzido? Vou te explicar a regra básica, sem enrolação: cada meia-reação pode ser escrita como redução (ganho de elétrons). A espécie com potencial de redução padrão mais positivo tem maior tendência a ser reduzida (ou seja, ganhar elétrons) e vai atuar como a reação de catodo. A outra ficará como anodo (oxidação, perda de elétrons).\n
Para sermos práticos e didáticos, uso valores de tabelas de potenciais padrão (essas tabelas você costuma ter na prova ou no caderno):\n
Como E^\circ(\mathrm{Au}^+/\mathrm{Au}) é muito mais positivo que E^\circ(\mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu}), o ião ouro \mathrm{Au}^+ será reduzido no cátodo e o cobre metálico \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) será oxidado no ânodo.
Passo 3
Agora escrevemos as semi-reações como reduções (forma padrão) e, quando necessário, invertemos para obter a oxidação.\n
Redução do ouro (cátodo, conforme a regra):
A semi-reação de redução do ouro está escrita com ganho de 1 elétron. Para combinar as duas semi-reações precisamos que o número de elétrons liberados no ânodo seja igual ao número de elétrons consumidos no cátodo. O ânodo fornece 2 elétrons, então multiplicamos a semi-reação do ouro por 2:
Agora somamos as duas semi-reações (oxidação do cobre + redução do ouro). Quando somamos, os elétrons se cancelam (isso é essencial para a conservação de carga) e obtemos a equação global balanceada:\n
Some as duas:
Verificação rápida: átomos de cada elemento conservados (Cu: 1 de cada lado; Au: 2 de cada lado) e cargas totais antes e depois iguais (lado esquerdo: carga +2 por causa de 2\mathrm{Au}^+; lado direito: carga +2 por causa de \mathrm{Cu}^{2+}). Perfeito.
Passo 6
Como bônus útil para a prova: o potencial padrão de célula é dado por
Como E^\circ_{\text{cel}}>0, a reação é espontânea como escrita (cobre oxidando, ouro reduzindo). Isso te ajuda a justificar a direção da reação na prova, caso peçam.
Resposta
Semi-reação de oxidação (ânodo): \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) + 2e^-\n
Semi-reação de redução (cátodo): \mathrm{Au}^+(\mathrm{aq}) + e^- \longrightarrow \mathrm{Au}(\mathrm{s})\n
Equação global balanceada: \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) + 2\,\mathrm{Au}^+(\mathrm{aq}) \longrightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) + 2\,\mathrm{Au}(\mathrm{s})