A reação
é espontânea? Justifique sua resposta com base no
da reação.
Passo 1
O enunciado pergunta se a reação
é espontânea, e pede justificativa baseada em
da reação.
Informações dadas: a própria equação química. Não foram fornecidos valores numéricos, então usarei potenciais-padrão conhecidos de tabelas de eletroquímica para avaliar
.
Passo 2
Conceito-chave que vamos usar: a relação entre energia livre padrão e potencial de célula padrão é
onde:
-
é a variação da energia livre padrão (J·mol^{-1}); -
é o número de elétrons transferidos na reação global (mol de elétrons por mol de reação); -
é a constante de Faraday, (ou J·V{-1}·mol{-1}); -
é o potencial de célula padrão (V).
Explicação didática: se
então
e a reação é espontânea nas condições padrão; se
então
e a reação não é espontânea nas condições padrão.
Passo 3
Escrevemos as meias-reações de redução envolvidas (todas no sentido redução) e associamos seus potenciais-padrão (valores obtidos em tabelas-padrão de potenciais de redução):
Observação: os valores acima foram retirados de tabelas padrão de potenciais de redução (tabelas usualmente fornecidas em cursos/questões de eletroquímica).
Passo 4
Decidir quais meias-reações atuam como redução e oxidação: a meia-reação com potencial de redução mais positivo tende a ocorrer como redução (cátodo), e a menos positiva tende a ser oxidada (ânodo, quando revertida). Aqui
é maior que
. Portanto:
- redução (cátodo):
com ; - oxidação (ânodo): a reação inversa de (b), ou seja
, cujo potencial de redução original é .
O potencial de célula padrão é dado por
Passo 5
Calcular
:
Determinar
: na reação global
apenas um elétron é transferido de um íon
para o outro, portanto
.
Agora calcular
usando a constante de Faraday
:
Fazendo a multiplicação:
Convertendo para kJ·mol^{-1}:
Passo 6
Interpretação: como
é negativo (
), a reação é espontânea nas condições-padrão. Em termos simples: termodinamicamente é favorável que parte do
se oxide a
enquanto outra parte se reduz a
(mesmo que na prática
seja uma espécie pouco estável em solução aquosa).
Força final: você chegou até aqui — está fazendo o certo estudando passo a passo. Se quiser, faço um exercício parecido com outro par de potenciais para fixar o método.
Resposta
Sim.
(≈
), logo a reação é espontânea nas condições-padrão.