Questão 15. Determine quais reações ocorrerão espontaneamente entre os seguintes conjuntos de reagentes em solução aquosa:
Passo 1
O enunciado dá os quatro reagentes abaixo e pede: determinar quais reações ocorrerão espontaneamente ao colocá‑los em solução aquosa.
,
,
,
.
As perguntas implícitas que precisamos responder são:
As perguntas implícitas que precisamos responder são:
- Ao misturar
com , ocorre reação espontânea? Se sim, qual a equação balanceada? - Ao misturar
com , ocorre reação espontânea? Se sim, qual a equação balanceada? - Há reação quando se mistura metal com seu próprio sal (
com ou com )? - Ao misturar as duas soluções aquosas (
e ) há alguma reação (redox, precipitação, etc.)?
Tenho todas as informações para decidir (valores padrão de potenciais redox serão usados).
Passo 2
Explicando a ideia que vamos usar (passo a passo, sem pressa).
Quando mistura um metal com a solução aquosa do sal de outro metal, pode ocorrer uma reação de simples troca (deslocamento) se o metal livre for um agente redutor mais forte do que o metal ionizado na solução — em termos práticos, se o metal livre se oxida mais facilmente do que o íon correspondente se reduz.
A maneira sistemática é usar potenciais padrão de redução . Para uma célula redox padrão:
Quando mistura um metal com a solução aquosa do sal de outro metal, pode ocorrer uma reação de simples troca (deslocamento) se o metal livre for um agente redutor mais forte do que o metal ionizado na solução — em termos práticos, se o metal livre se oxida mais facilmente do que o íon correspondente se reduz.
A maneira sistemática é usar potenciais padrão de redução
onde
é o potencial de redução do meio que será reduzido e
é o potencial de redução do meio que será oxidado.
Se , a reação espontânea (no sentido escrito) é termodinamicamente favorável sob condições padrão. Vou aplicar isso aos pares possíveis. Não se preocupe com números à toa — eu mostro e explico cada um.
Se
Passo 3
Anotar as meias‑reações relevantes e seus potenciais padrão de redução (valores típicos de tabela):
Explicando: esses
são potenciais de redução (tabela padrão). Um
mais negativo significa que a espécie tem maior tendência a se oxidar (ou seja, o metal correspondente é um doador de elétrons mais forte). Portanto,
tem tendência bem maior a se oxidar do que
.
Passo 4
Analisar o par
+
(ou seja,
em solução):
Escrevemos as meias‑reações que ocorreriam se a reação fosse deslocamento:
redução (cátodo): com
.
oxidação (ânsodo): que é a inversa de
(logo o potencial de redução da meia‑reação direta é
, e ao inverter para oxidação mantemos a relação apropriada para o cálculo de
).
Balanceando elétrons: LCM entre 2 e 3 é 6. Multiplicamos a meia‑reação do níquel por 3 e a do alumínio por 2:
Escrevemos as meias‑reações que ocorreriam se a reação fosse deslocamento:
redução (cátodo):
oxidação (ânsodo):
Balanceando elétrons: LCM entre 2 e 3 é 6. Multiplicamos a meia‑reação do níquel por 3 e a do alumínio por 2:
Somando dá a reação iônica líquida:
Incluindo os ânions sulfato (espectadores) para escrever a equação molecular:
Passo 5
Calcular
para o deslocamento
reduzindo
:
Usamos
Usamos
Aqui o cátodo (redução) é
com
. O ânodo (redução referencial) é
com
. Logo
Como
, a reação escrita é espontânea sob condições padrão. Conclusão:
desloca
de
formando
e
.
Passo 6
Analisar o par inverso
+
(ou seja, tentar
deslocar
):
A reação proposta seria
A reação proposta seria
Para essa configuração o cátodo seria
com
e o ânodo seria
com
. Então
Negativo, logo a reação não é espontânea. Em termos práticos:
não desloca
da solução de
.
Passo 7
Verificar os casos restantes rapidamente:
- Metal com seu próprio sal (
com ou com ): nenhuma reação de deslocamento ocorre (é simplesmente metal + íon do mesmo metal; não há razão termodinâmica para mudança). - Duas soluções aquosas misturadas (
+ ): ambas são sulfatos solúveis em água nas condições usuais, não há precipitado e não há agente redutor/oxidante mais forte entre íons positivos que provoque redox — portanto nenhuma reação química nova (além da simples mistura de íons) ocorre.
Resposta
As demais combinações não reagem espontaneamente (nem
com
, nem metal com seu próprio sal, nem a mistura de
com
).