Questão 03. Analise a equação quimica abaixo:
a) Qual é a soma dos valores dos coeficientes estequiométricos da reação acima, após balanceá-la? (Considere os menores números inteiros)
b) Qual é o agente oxidante? Justifique sua resposta evidenciando a mudança no número de oxidaçāo e abordando o conceito de agente oxidante.
c) Considerando o potencial padrão da reação
, qual o valor da variação da energia livre de Gibbs
? Qual a interpretação desse valor quanto a espontaneidade?
b) Qual é o agente oxidante? Justifique sua resposta evidenciando a mudança no número de oxidaçāo e abordando o conceito de agente oxidante.
c) Considerando o potencial padrão da reação
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede (sem resolver ainda).
- Equação dada:
- Dados numéricos:
- Potencial padrão da reação:
. - Constante de Faraday:
.
- Potencial padrão da reação:
- Perguntas:
a) Após balancear a reação (menores inteiros), qual é a soma dos coeficientes estequiométricos?
b) Qual é o agente oxidante? Justificar com mudança nos números de oxidação e conceito de agente oxidante.
c) Considerando, qual a variação da energia livre de Gibbs (em J) e qual a interpretação quanto à espontaneidade?
Passo 2
Balanceamento estequiométrico — abordagem por contagem de átomos (álgebra simples).
Escrevo coeficientes desconhecidos:
Agora escrevo as equações de conservação para cada elemento:
- Bismuto (Bi):
- Cloro (Cl):
- Sódio (Na):
- Hidrogênio (H):
- Oxigênio (O):
Substituo
e
nas demais equações:
Da equação de Na:
Da equação de H:
Da equação de O:
Substituo
na equação de O:
Portanto, em função de
:
Escolhendo os menores inteiros, tomo
. Assim os coeficientes são:
Passo 3
Verificação rápida (checar átomos):
- Bi:
à esquerda, à direita (ok). - Cl:
e (ok). - Na:
à esquerda, à direita (ok). - H:
à esquerda, à direita (ok). - O: esquerda
, direita (ok).
Logo a equação está corretamente balanceada com os menores inteiros.
Passo 4
Determinar o agente oxidante e justificar com números de oxidação.
Primeiro calculo os números de oxidação relevantes (regra: em compostos iônicos simples, Na é
; O quase sempre é
):
- Em
: cada O é → total ; para neutralizar, soma dos Bi deve ser , logo cada Bi é . - Em
: Na é , O total é , portanto Bi deve ser para que . - Em
(hipoclorito): Na é , O é , então Cl é (porque ). - Em
: Cl é .
Agora observo as mudanças de NOX:
- Bi: de
→ . Isso é aumento do NOX → Bi foi oxidado (perdeu elétrons). - Cl: de
→ . Isso é diminuição do NOX → Cl foi reduzido (ganhou elétrons).
Conceito: agente oxidante é a espécie que causa a oxidação de outra ao ganhar elétrons (ou seja, é a espécie que é reduzida). Aqui o cloro no hipoclorito passa de
para
, ou seja, ele é reduzido, logo
(especificamente o íon
) é o agente oxidante.
Coerência com elétrons transferidos (usando os coeficientes do balanceamento):
- Cada átomo de Bi:
perde elétrons. Como há 2 Bi no reagente ( ), perda total = elétrons. - Cada Cl em
: ganha elétrons. Com moléculas de (coeficiente ), ganho total = elétrons.
Portanto a conta fecha: elétrons perdidos = elétrons ganhos.
Conclusão (justificativa): o agente oxidante é
porque o cloro nele é reduzido (
) e, ao receber elétrons, promove a oxidação do bismuto (
).
Passo 5
Cálculo da variação da energia livre de Gibbs
a partir do potencial padrão.
Fórmula fundamental (relaç~ao entre energia livre e potencial eletroquímico):
onde
-
é o número de mols de elétrons transferidos por mol de reação conforme escrita (aqui , como verificado no Passo 4), -
é a constante de Faraday , -
é o potencial padrão dado .
Calculo numérico:
Arredondando para três algarismos significativos:
Interpretação quanto à espontaneidade:
negativo indica que a reação é espontânea nas condições-padrão (isto é, espontânea sob as condições usadas para definir
).
Resposta
a)
b)
(o cloro em
é reduzido de
para
, logo
é o agente oxidante)
c)
. Interpretação: valor negativo → reação espontânea em condições padrão.