20.16 Quais dos seguintes metais são termodinamicamente capazes de reduzir \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} a \mathrm{H}_{2} ?
(a) Sn
(b) Ag
(c) Cd
(d) Au

Passo 1

O enunciado pede para identificar quais metais entre Sn, Ag, Cd e Au podem, por reação redox, reduzir água a gás hidrogênio. O conteúdo é de potenciais padrão de eletrodo e reação espontânea de célula eletroquímica.

Passo 2

Escrevemos as duas meias-reações envolvidas e seus potenciais padrão E^\circ:
\text{reação de redução da água: } 2\,\mathrm{H_{2}O}(l)+2\,e^{-}\longrightarrow \mathrm{H_{2}}(g)+2\,\mathrm{OH^{-}}(aq), \qquad E^\circ_{\text{red}}=-0,828\\ \mathrm{V}.çãçãá
\text{reação de redução do metal: } \mathrm{M}^{n+}+n\,e^{-}\longrightarrow \mathrm{M}(s), \qquad E^\circ_{\text{red}}(\mathrm{Sn}^{2+}/\mathrm{Sn})=-0,136\\ \mathrm{V},çãçã
E^\circ_{\text{red}}(\mathrm{Cd}^{2+}/\mathrm{Cd})=-0,403\\ \mathrm{V},\quad E^\circ_{\text{red}}(\mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag})=+0,7996\\ \mathrm{V},\quad E^\circ_{\text{red}}(\mathrm{Au}^{3+}/\mathrm{Au})\approx+1,50\\ \mathrm{V}.

Passo 3

Para a reação global
\mathrm{M}(s)+\mathrm{H_{2}O}(l)\longrightarrow \mathrm{M}^{n+}(aq)+\mathrm{H_{2}}(g),
o potencial de célula é
E^\circ_{\text{cel}}=E^\circ_{\text{red}}(\text{água})-E^\circ_{\text{red}}(\mathrm{M}^{n+}/\mathrm{M}) =-0,828\\ \mathrm{V}-E^\circ_{\text{red}}(\mathrm{M}^{n+}/\mathrm{M}).á
Para isto ser espontâneo, é preciso E^\circ_{\text{cel}}>0, ou seja
E^\circ_{\text{red}}(\mathrm{M}^{n+}/\mathrm{M})< -0,828\\ \mathrm{V}.

Passo 4

Comparando cada potencial de redução com -0,828\\ \mathrm{V}, vemos que nenhum dos valores listados é mais negativo que -0,828\\ \mathrm{V}. Logo nenhum desses metais é suficientemente redutor para transformar \mathrm{H_{2}O} em \mathrm{H_{2}}.

Resposta

Nenhum dos metais (Sn, Ag, Cd ou Au) reduz termodinamicamente a água a hidrogênio.

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