Questão 15. Determine quais reações ocorrerão espontaneamente entre os seguintes conjuntos de reagentes em solução aquosa:
Passo 1
O que o enunciado pede: determinar quais reações ocorrerão espontaneamente entre os reagentes listados.
Informações dadas (vou listar exatamente os reagentes fornecidos):
,
,
,
.
O que temos de relevante do enunciado:
- Existem metais sólidos:
e . - Existem soluções aquosas de sais:
e . - Todas as espécies estão na forma indicada (sólido ou aquosa).
- Nitratos (
) são solúveis em água — isso significa que, quando presente ou , os íons e estarão efetivamente em solução.
Pergunta explícita: entre essas combinações, quais reações são espontâneas em solução aquosa?
Passo 2
Que tipos de reações devemos considerar (sem entrar em teoria pesada ainda): as combinações possíveis aqui são principalmente reações de deslocamento (um metal sólido pode reduzir íons metálicos em solução, cedendo elétrons e passando para a solução como cátion). Não estamos lidando com troca iônica seguida de precipitação (pois nitratos são solúveis), então a reação relevante é do tipo redox (deslocamento metálico).
Vou explicar didaticamente o critério prático para saber se um metal
desloca um íon
da solução:
- Considere as meias-reações de redução padronizadas (tabela de potenciais padrão de redução).
- Se a meia-reação de redução de
tem potencial padrão maior do que a de , então tende a oxidar (perder elétrons) e reduzir — isto é, o deslocamento é espontâneo. - O potencial padrão da célula é calculado por
onde
é o potencial de redução (mais positivo) do par que será reduzido (cátodo) e
é o potencial de redução do par que será oxidado (anodo). Se
, a reação é espontânea sob condições padrão.
Passo 3
Agora identifiquemos as meias-reações relevantes e seus potenciais padrão (valores de tabela). Vou colocar os pares redução/oxidação que interessam aqui:
Meia-reação de redução do íon prata:
com potencial padrão
Meia-reação de redução do íon chumbo:
com potencial padrão
Explicação dos números:
mais positivo indica que a espécie ionizada é mais facilmente reduzida (age como oxidante). Valores retirados da tabela padrão de potenciais de redução.
Passo 4
Vamos testar a possibilidade de cada metal deslocar o cátion do outro.
Caso A:
tentando reduzir
(ou seja,
desloca
):
- A redução será a de
(cátodo): . - A oxidação será a de
(anodo), que é a inversa da redução dada; usamos . - O potencial padrão da célula é
Como
, essa reação é espontânea sob condições padrão.
Passo 5
Escrevendo a equação iônica e molecular balanceadas para a reação espontânea encontrada:
Equação iônica (mais direta para ver o redox):
Equação molecular (usando os nitratos solúveis):
Vou explicar a estequiometria: cada
perde dois elétrons formando
; cada íon
ganha um elétron. Precisamos de 2
para consumir os 2 elétrons liberados por 1
.
Passo 6
Caso B:
tentando reduzir
(isto é,
deslocar
):
- A redução seria a de
com . - A oxidação seria a de
com . - O potencial da célula seria
que é negativo, logo não espontâneo. Conclusão:
não desloca
.
Passo 7
Verificação rápida das outras combinações práticas:
- Misturar
com : não ocorre precipitação porque ambos são nitratos solúveis; não há redutor adicional presente que cause reação redox fora dos metais sólidos. - Colocar
em : não há reação líquida além do equilíbrio, pois é o mesmo par redox (metal e seu íon) — nenhum deslocamento. - Colocar
em : idem, nenhum deslocamento porque é o mesmo par.
Passo 8
Resumo didático para decorar (dica para prova): compare sempre os potenciais de redução padrão. O metal cujo par tem potencial de redução mais negativo (aqui
) é o mais “reativo” como agente redutor e desloca o metal cujo par tem potencial mais positivo (aqui
). Um jeito rápido: metal com menor
oxida-se, deslocando o cátion com maior
.