Questão 13. Determine se as seguintes reações ocorrerão espontaneamente:
Passo 1
O enunciado pede para determinar se a reação
ocorre espontaneamente. Informações dadas explicitamente no enunciado:
Vou assumir condições padrão (concentrações
,
, pressão
) porque o enunciado não diz o contrário. A pergunta é somente se a reação é espontânea como escrita.
Passo 2
Estratégia de resolução (explicação didática do método que vamos usar):
Para decidir espontaneidade de uma reação redox escrita como soma de duas meias-reações, usamos potenciais padrão de redução ( ) das meias-reações. A regra prática é:
Para decidir espontaneidade de uma reação redox escrita como soma de duas meias-reações, usamos potenciais padrão de redução (
- Identificar qual meia-reação tem o potencial de redução mais positivo — essa será a que tende a ser reduzida (cátodo).
- A outra será oxidada (ânodo).
- Calcular o potencial padrão da célula por
Se
, a reação é espontânea sob condições padrão; se
, não é espontânea.
Vou explicar cada passo com calma e mostrar as contas.
Passo 3
Escrevendo as meias-reações relevantes e indicando os potenciais-padrão de redução conhecidos (valores tabelados):
Meia-reação do zinco (redução):
Meia-reação do zinco (redução):
Meia-reação do manganês (redução):
Explicação do que esses números significam:
mede a tendência que a espécie tem de ganhar elétrons (ser reduzida). Quanto mais positivo
, maior a tendência de redução. Aqui,
é mais positivo que
, portanto
tem maior tendência a ser reduzido do que
.
Passo 4
Decidir quais meias-reações serão redução e oxidação no processo global:
Comparando os potenciais:
Comparando os potenciais:
O maior (menos negativo) é
, então a meia-reação de
será a redução (cátodo):
Isso implica que a meia-reação de manganês será a oxidação (ânodo), e portanto devemos escrever a oxidação como o inverso da redução tabelada:
Observação importante: os elétrons precisam se cancelar; aqui cada meia-reação envolve
elétrons, então as estequiometrias já estão compatíveis — sem multiplicadores necessários.
Passo 5
Montar a reação global somando as duas meias-reações (elétrons se cancelam):
Redução (cátodo):
Redução (cátodo):
Oxidação (ânodo):
Somando linha a linha e cancelando
:
Essa é exatamente a reação dada no enunciado — bom sinal de consistência.
Passo 6
Calcular o potencial padrão de célula
:
Usando
Usando
onde ambos os
são potenciais de redução tabelados. Aqui o cátodo é
e o ânodo é
. Então
Fazendo a conta:
(Observação alternativa: também podemos somar
com
, onde
do par oxidado/reduzido.)
Passo 7
Interpretação do resultado — ligação com a espontaneidade:
Regra: se , a reação ocorre espontaneamente sob condições padrão. Aqui encontramos
Regra: se
portanto a reação é espontânea como escrita nas condições padrão.
Complemento (relação com energia livre de Gibbs) — aula curta:
A variação de energia livre padrão está relacionada por
A variação de energia livre padrão está relacionada por
onde
é o número de elétrons transferidos (
aqui) e
é a constante de Faraday (
). Podemos estimar
O sinal negativo de
confirma a espontaneidade.
Passo 8
Resposta final resumida e incentivo: A reação é espontânea sob condições padrão, porque o potencial padrão da célula é positivo (
). Boa — tu já pode treinar outras reações do mesmo jeito: comparar os
, decidir cátodo/ânodo, montar a célula e calcular
.
Resposta
A reação ocorre espontaneamente;
(e
).