Monte as semirreações de oxidação e redução e depois a reação global de uma pilha formada pelos pares
\mathrm{Mg}^{2+} / \mathrm{Mg} e \mathrm{Ag}^{+} / \mathrm{Ag}. Indique:
  • a direção do fluxo de elétrons.
  • quem é cátodo,
  • quem é ânodo,

Passo 1

O enunciado pede que eu monte as semirreações de oxidação e de redução e depois a reação global para a pilha formada pelos pares \mathrm{Mg}^{2+}/\mathrm{Mg} e \mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag}. Além disso devo indicar:
  • a direção do fluxo de elétrons,
  • quem é cátodo,
  • quem é ânodo.
Informações dadas:
  • pares fornecidos: \mathrm{Mg}^{2+}/\mathrm{Mg} e \mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag}.
  • nenhuma outra informação numérica foi fornecida no enunciado (vou usar os potenciais-padrão conhecidos quando for necessário explicar por que uma reação ocorre espontaneamente).

Passo 2

Conceitos básicos que vou usar (explicadinho, passo a passo):
  • Oxidação é perda de elétrons. Quando uma espécie perde elétrons escrevemos isso como uma semirreação do tipo: reagente → produto + elétrons.
  • Redução é ganho de elétrons. Quando uma espécie ganha elétrons escrevemos: íon + elétrons → metal (ou outro produto reduzido).
  • Para decidir qual par será reduzido (cátodo) e qual será oxidado (ânodo) numa pilha podem-se usar os potenciais-padrão de redução E^\circ. O par com potencial de redução mais positivo tem maior tendência a ser reduzido.
  • Valores usuais (tabela padrão):
    E^\circ(\mathrm{Ag}^+/\mathrm{Ag}) \approx +0{,}80\\ \text{V}
    E^\circ(\mathrm{Mg}^{2+}/\mathrm{Mg}) \approx -2{,}37\\ \text{V}
    Como +0{,}80 > -2{,}37, o par \mathrm{Ag}^+/\mathrm{Ag} é o que se reduz mais facilmente; portanto ele será o cátodo (redução) e o magnésio será oxidado (ânodo).

Passo 3

Escrevendo as semirreações, com explicações:
  • Semirreação de oxidação (o metal Mg perde elétrons): \mathrm{Mg} \to \mathrm{Mg}^{2+} + 2e^-Explicação: cada átomo de magnésio neutro perde dois elétrons para formar o cátion \mathrm{Mg}^{2+}. Perda de elétrons = oxidação.
  • Semirreação de redução (o íon prata ganha elétrons): \mathrm{Ag}^+ + e^- \to \mathrm{Ag}Explicação: cada íon \mathrm{Ag}^+ aceita um elétron para se transformar em prata metálica.

Passo 4

Balanceamento de elétrons entre as semirreações:
  • A semirreação de oxidação fornece 2e^- (veja o 2e^- no lado direito). A semirreação de redução consome 1e^-. Para que o número de elétrons seja o mesmo em ambas e possamos somar as equações, multiplico a redução por 2: 2\bigl(\mathrm{Ag}^+ + e^- \to \mathrm{Ag}\bigr) \quad\Rightarrow\quad 2\mathrm{Ag}^+ + 2e^- \to 2\mathrm{Ag}
  • Agora somo a oxidação com a redução (os 2e^- se cancelam): \mathrm{Mg} \;+\; 2\mathrm{Ag}^+ + 2e^- \;\to\; \mathrm{Mg}^{2+} + 2e^- \;+\; 2\mathrm{Ag}Cancelando os 2e^- em ambos os lados fica a reação global balanceada: \mathrm{Mg} + 2\mathrm{Ag}^+ \to \mathrm{Mg}^{2+} + 2\mathrm{Ag}
  • Verificação rápida de conservação de massa e carga: à esquerda carga total 0 + 2(+1)=+2; à direita +2 + 0 = +2. Átomos também balanceados.

Passo 5

Interpretação energética (por que essa reação é espontânea do jeito que escrevemos):
  • Fórmula para potencial de célula-padrão: E^\circ_{\text{cel}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo}}.áâ
  • Tomando E^\circ(\mathrm{Ag}^+/\mathrm{Ag})=+0{,}80\\ \text{V} como cátodo e E^\circ(\mathrm{Mg}^{2+}/\mathrm{Mg})=-2{,}37\\ \text{V} como ânodo: E^\circ_{\text{cel}} = 0{,}80 - (-2{,}37) = 3{,}17\\ \text{V}.
  • Como E^\circ_{\text{cel}}>0, a reação escrita é espontânea: magnésio metálico tende a oxidar e a prata íon a reduzir.

Passo 6

Direção do fluxo de elétrons e comportamento dos eletrodos (prático, para prova):
  • Elétrons gerados na oxidação (no eletrodo de magnésio) fluem pelo circuito externo até o eletrodo de prata, onde são consumidos pela redução de \mathrm{Ag}^+. Em palavras: os elétrons fluem do eletrodo de \mathrm{Mg} para o eletrodo de \mathrm{Ag}.
  • Identificação de eletrodos:
    • Ânodo = eletrodo onde ocorre oxidação = eletrodo de \mathrm{Mg} (lá o metal se corrói, gera \mathrm{Mg}^{2+}).
    • Cátodo = eletrodo onde ocorre redução = eletrodo de \mathrm{Ag}^+/\mathrm{Ag} (lá a prata metálica se deposita).
  • Movimentação iônica no eletrólito / ponte salina: para manter neutralidade, ânions da ponte salina migram para o compartimento do ânodo (onde aparecem \mathrm{Mg}^{2+}), e cátions da ponte migram para o compartimento do cátodo.

Passo 7

Dicas rápidas para a prova (memorização e checagem):
  • Regra prática: o par com potencial de redução mais positivo é cátodo (reduz), o outro é ânodo (oxida).
  • Se não lembrar dos potenciais, lembrar que metais mais reativos (como \mathrm{Mg}) oxidam facilmente; metais nobres (como \mathrm{Ag}) ficam reduzidos.
  • Sempre verifique balanço de elétrons antes de somar semirreações.

Resposta

Semirreação de oxidação: \mathrm{Mg} \to \mathrm{Mg}^{2+} + 2e^-
Semirreação de redução: 2\mathrm{Ag}^+ + 2e^- \to 2\mathrm{Ag}
Reação global: \mathrm{Mg} + 2\mathrm{Ag}^+ \to \mathrm{Mg}^{2+} + 2\mathrm{Ag}
Direção do fluxo de elétrons: dos elétrons fluem do eletrodo de \mathrm{Mg} para o eletrodo de \mathrm{Ag}
Cátodo: par \mathrm{Ag}^+/\mathrm{Ag} (redução)
Ânodo: par \mathrm{Mg}^{2+}/\mathrm{Mg} (oxidação)

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