Um parafuso de níquel prende uma porca de cobre. Este sistema foi colocado em um recipiente que contém uma solução diluída e não-oxigenada de ácido clorídrico (HCl). Nesse recipiente ocorre uma reação de oxidação-redução. Para decidir quais são as semirreações apropriada, são dados os potenciais de redução abaixo:
a) Qual dos metais sofre corrosão? Justifique.
b) Escreva a equação balanceada da reação global que está ocorrendo no recipiente.
c) Calcule o valor da diferença de potencial padrão dessa reação.
d) Cite duas evidências experimentais que indicam a ocorrência de reação química no processo.
b) Escreva a equação balanceada da reação global que está ocorrendo no recipiente.
c) Calcule o valor da diferença de potencial padrão dessa reação.
d) Cite duas evidências experimentais que indicam a ocorrência de reação química no processo.
Passo 1
O enunciado fornece os potenciais padrão de redução (peguei estes valores do enunciado):
O que o exercício pede:
a) Identificar qual metal sofre corrosão (ou seja, qual metal é oxidado).
b) Escrever a equação balanceada da reação global que ocorre no recipiente.
c) Calcular a diferença de potencial padrão da reação espontânea.
d) Citar duas evidências experimentais que indicam que houve reação química.]
a) Identificar qual metal sofre corrosão (ou seja, qual metal é oxidado).
b) Escrever a equação balanceada da reação global que ocorre no recipiente.
c) Calcular a diferença de potencial padrão da reação espontânea.
d) Citar duas evidências experimentais que indicam que houve reação química.]
Passo 2
Entendendo a ideia prática (aula rápida e sem mistério):
- Cada meia-reação dada é uma redução escrita como
. O valor aqui é o potencial padrão de redução daquela reação. - Regra prática: entre duas metades possíveis, a que tem
mais positivo tende a acontecer como redução (ganha elétrons) e a que tem mais negativo tende a ocorrer como oxidação (perde elétrons). Em outras palavras, o par com menor será oxidado se combinado com um par de maior. - O potencial padrão da célula (reação espontânea) é calculado por
Se
a reação é espontânea nas condições padrão.
- No recipiente há ácido clorídrico: há muitos
e . Assim as reduções possíveis são: redução de a ou redução de se estiver disponível (mas inicialmente temos cobre metálico). Oxidação possível: metais ou se forem oxidados a ou .
Passo 3
Comparação direta das possibilidades (passo a passo para decidir quem fica oxidado e quem reduzido):
- Meia-reação de redução do níquel (dada):
Se esta for escrita como oxidação (o que acontece se o metal Ni perder elétrons) a meia-reação de oxidação é
(observe que o sinal se inverte quando invertemos a direção).
- Meia-reação de redução do cobre (dada):
Se tentássemos oxidar cobre:
o que é energeticamente desfavorável frente à redução de
.
- Meia-reação de redução do íon hidrogênio (dada):
Agora testar combinações plausíveis:
- Se o anodo for o níquel (Ni oxida) e o catodo for a redução de
:
Valor positivo → reação espontânea: Ni é oxidado e
é reduzido.
2) Se o anodo fosse cobre e o catodo :
2) Se o anodo fosse cobre e o catodo
valor negativo → não espontâneo, portanto cobre NÃO será oxidado por
sob condições padrão.
Conclusão desse passo: o níquel é o metal menos nobre (menor
de redução) e é o que se oxida;
se reduz a
.
Passo 4
Escrevendo as meias-reações e balanceando elétrons (didático, para saber montar a equação na prova):
Meia-reações escolhidas:
redução (catodo):
Meia-reações escolhidas:
redução (catodo):
oxidação (anodo):
Somando as duas (elétrons se cancelam) obtemos a reação global iônica balanceada:
Se preferir escrever na forma molecular com o ácido clorídrico presente:
Passo 5
Cálculo numérico do potencial padrão da reação (passo a passo):
Usando a fórmula
Usando a fórmula
com catodo =
(
) e anodo =
(
), temos
Portanto a reação é espontânea (
) e o valor da diferença de potencial padrão é
.
Passo 6
Duas evidências experimentais (coisas que você veria no laboratório e que indicam a reação):
- Observação de bolhas gasosas saindo da superfície da porca/parafuso: isso é liberação de
(redução de a gás hidrogênio). - Mudança na cor da solução próxima ao parafuso: formação de íons
dissolve-se no meio e dá coloração característica (no enunciado diz que é cor verde), ou ainda perda de massa/pitting do parafuso (evidência física de corrosão do níquel).
Resposta
(a) Níquel (o parafuso) sofre corrosão.
(b) (equivalente a
).
(c) .
(d) Formação de bolhas de gás (liberação de ); coloração verde da solução próxima ao níquel indicando presença de
.
(b)
(c)
(d) Formação de bolhas de gás (liberação de