(1,5 pto)Q4. Usa os valores tabelados dos potenciais padrões de redução para calcular o potencial padrão de u célula para uma reação ocorrendo em uma célula eletroquímica ocorrendo a
. Forneça todas as equaç químicas e as semireações químicas balanceadas e a notação de célula eletroquímica. A célula é Espontân Justifique.
Passo 1
O enunciado pede que eu use valores tabelados de potenciais padrão de redução para:
- Calcular o potencial padrão da célula a
. - Fornecer todas as equações químicas: as semirreações (half-reactions) balanceadas e a reação global balanceada.
- Escrever a notação de célula eletroquímica.
- Dizer se a célula é espontânea e justificar.
A reação global dada (vou reescrevê‑la exatamente como no enunciado) é:
Informações disponíveis no enunciado: os reagentes e produtos (estados incluídos) e que devemos usar potenciais padrão (valores tabelados) à
. Não foi fornecida a tabela — vou usar os valores padrão comumente tabulados para estas semirreações (vou declarar explicitamente quais valores peguei da tabela quando usá‑los).
Passo 2
Escrever as semirreações (na forma de redução) que estão envolvidas e balanceá‑las em átomos e cargas.
- Semirreação de redução envolvendo o nitrato formando óxido nítrico (
) em meio ácido. A semirreação padrão, já conhecida e tabelada, é:
Explicação didática: para balancear oxigênios transformamos oxigênios extra em moléculas de água; para balancear hidrogênios adicionamos
(meio ácido); então ajustamos a carga com elétrons. Aqui ficou com
elétrons à esquerda, o que equilibra a carga total.
- Semirreação de redução do alumínio (a forma tabelada é a redução de
para ):
Explicação didática: é a reação padrão de redução do íon alumínio. Ela envolve 3 elétrons porque cada átomo de alumínio sólido tem carga 0 e o íon tem carga
.
Passo 3
Identificar quais semirreações serão redução e quais serão oxidação no processo global, a partir da reação dada.
Na reação global dada o alumínio metálico (
) transforma‑se em
, ou seja, o alumínio é oxidado. Portanto a semirreação da etapa 2 (a forma escrita como redução) deverá ser revertida para representar a oxidação em nossa célula. A semirreação do nitrato para
permanece como redução (conforme escrita na etapa 2), pois
recebe elétrons na reação global.
Assim, a semirreação de oxidação é a inversa de:
(Essa é simplesmente a semirreação da etapa 2 invertida: trocamos os sinais e os lados dos termos.)
Passo 4
Verificar o cancelamento de elétrons e somar as semirreações para obter a reação global balanceada.
Temos:
- Oxidação (alumínio):
- Redução (nitrato):
Os
aparecem em ambas as semirreações e, ao somar as duas equações, os elétrons se cancelam. Somando termo a termo obtemos:
Que é justamente a reação global fornecida no enunciado — ótimo: as semirreações que escolhemos e o balanceamento estão consistentes com a reação fornecida.
Passo 5
Pegar os potenciais padrão de redução na tabela (declaro os valores tabelados usados) e calcular o potencial padrão da célula.
Valores tabelados que usei (valores padrão de redução à
):
- Para a semirreação
, o potencial padrão de redução é
(peguei este valor da tabela padrão de potenciais).
- Para a semirreação
, o potencial padrão de redução é
(este valor também é um valor padrão tabulado comum).
Regra para cálculo do potencial da célula: o potencial padrão da célula é a diferença entre o potencial de redução do cátodo e o potencial de redução do ânodo:
Aqui o cátodo é a reação de redução do nitrato (
) e o ânodo, escrito como redução para usar na fórmula, é
com potencial
. Então:
Explicação didática curta: inverter a reação (usar como oxidação) não muda o valor absoluto do potencial tabulado, mas troca o sinal quando decidir qual lado está oxidando; a fórmula acima já cuida disso ao subtrair o potencial do ânodo.
Passo 6
Determinar se a célula é espontânea — justificativa termodinâmica simples.
Critério: se
então a reação espontânea sob condições padrão (pressão
, atividades unitárias,
). Aqui
, portanto a reação é espontânea em condições padrão.
Podemos também calcular
para reforçar a justificativa, usando a relação
onde
é o número de mols de elétrons transferidos na reação global (aqui
) e
é a constante de Faraday (
). Então:
Como
, a reação é termodinamicamente espontânea em condições padrão — coerente com
.
Passo 7
Escrever a notação de célula eletroquímica e identificar anodo/cátodo (notação-padrão: ânodo à esquerda, cátodo à direita; fases separadas por barra simples, meio separado por barra dupla).
Anodo (oxidação):
.
Cátodo (redução): .
Cátodo (redução):
A notação de célula (com as espécies aquosas e gasosas) pode ser escrita como:
Explicação rápida: à esquerda está o eletrodo de oxidação (ânodo), à direita o de redução (cátodo); a barra dupla
indica a ponte salina ou separador entre os meios.
Resposta
Sim — a célula é espontânea (pois
;
).