A reação que ocorre no catodo de uma pilha seca é:
Passo 1
O enunciado fornece a meia-reação que ocorre no cátodo de uma pilha seca:
Informações dadas (listei tudo para não nos perder):
- Reactivos:
(sólido), (aquoso), e (elétron). - Produtos:
(sólido) e (aquoso). - Coeficientes estequiométricos: todos com fator
.
O que precisamos confirmar/entender (o que a questão implicitamente pede): - Verificar que a meia-reação está corretamente balanceada em massa e carga.
- Identificar qual espécie é reduzida (ganha elétrons) e explicar por que os elétrons aparecem do lado dos reagentes.
- Explicar o papel de
(por que vira e como isso ajuda no balanço). - Dar um raciocínio didático que eu possa usar na prova para balancear/me explicar meia-reações semelhantes.
Passo 2
Primeiro, vamos revisar o conceito que usamos para decidir se há redução/oxidação: número de oxidação (NOX). Regra prática rápida e fácil:
- Oxigênio em compostos simples costuma ser
. - Hidrogênio ligado a não-metais costuma ser
. - A soma dos NOX em uma espécie neutra é
; em um íon é igual à carga do íon.
Agora aplicamos isso para o manganês nas duas espécies da meia-reação.
Calcular o NOX de
em
:
- Cada oxigênio tem NOX
. - Há dois oxigênios: contribuição total
. - A molécula é neutra, então o NOX do Mn deve satisfazer
. - Logo
.
Escrevo isso em conta curta:
Calcular o NOX de
em
:
- Temos um
(NOX ) e um grupo (oxigênio , hidrogênio , então o grupo tem carga ). - A fórmula
é neutra, então:
Conclusão desse passo: o manganês passa de
para
.
Passo 3
Interpretando a mudança de NOX:
- Quando a NOX diminui (
), a espécie ganhou elétrons: isso é redução. - Ganho de
elétron por átomo de Mn. Como a equação tem átomos de Mn, o ganho total de elétrons necessário para reduzir os dois Mn é elétrons.
Isto explica por que aparecemdo lado dos reagentes: eles são consumidos para reduzir os dois .
Escrevendo a meia-reação por átomo de Mn (forma útil para balancear):
Depois multiplicamos por
para obter a versão com dois Mn.
Passo 4
Agora vamos entender o papel de
. Observe a transformação:
O que mudou aqui é um próton (
):
perde um
para virar
. Não há mudança direta de NOX do nitrogênio (o nitrogênio em
e em
tem o mesmo NOX), então esse passo é um equilíbrio ácido/base, não uma redução/oxidação do nitrogênio.
O que acontece no cátodo é que o próton fornecido por
é usado para formar o grupo
ligado ao Mn reduzido. Em palavras: o
funciona como doador de prótons (fonte de H), e ao perder um próton fica
.
Para ficar concreto, vamos conferir a contagem de hidrogênios:
- Lado reagente:
têm átomos de H. - Lado produto:
têm átomos de H, e os têm átomos de H (cada tem um H no grupo ). - Total de H no produto:
.
Logo, o H está conservado. Isso confirma a ideia de que os H que saem deforam incorporados às unidades .
Passo 5
Verificação completa de balanceamento (átomos e carga), passo a passo:
Contagem de átomos:
- Mn:
à esquerda, à direita. - O: à esquerda
(dos dois ); à direita cada tem 2 O, total . OK. - H: já conferimos:
à esquerda, à direita. OK. - N:
à esquerda (em ), à direita (em ). OK.
Balanço de carga:
- Lado esquerdo: sólidos neutros não contribuem;
tem carga ; tem carga . Soma das cargas: . - Lado direito: todos os produtos são neutros (sólidos e
neutro). Soma das cargas: .
Logo, a carga está balanceada.
Portanto a meia-reação está corretamente balanceada tanto em massa quanto em carga.
Passo 6
Interpretação física-química (o que isso significa no cátodo da pilha):
- O cátodo é o eletrodo onde ocorre redução (redução = ganho de elétrons). Aqui o Mn em
é reduzido de para . - Os elétrons que aparecem do lado dos reagentes são fornecidos pelo circuito externo (são gerados no ânodo da pilha, por exemplo pela oxidação do zinco em pilhas secas).
- O íon
age como doador de prótons; ao perder próton vira . Esses prótons são incorporados ao produto . - Em resumo: elétrons reduzem o Mn, e os prótons vindos de
permitem a formação do grupo hidroxila na fase sólida.
Passo 7
Dica prática para a prova — método sistemático para balancear meia-reações em meio aquoso ácido (útil se você tiver que montar meia-reações do zero):
- Separe a reação em duas meias (uma de oxidação e outra de redução).
- Balanceie todos os átomos exceto O e H.
- Balanceie O adicionando
onde necessário. - Balanceie H adicionando
. - Balanceie carga adicionando
. - Se for meio básico, depois converta
para adicionando e conforme necessário.
No caso específico desta meia-reação, o passo-chave é perceber que o H vem de(não de H+ livre), então usamos diretamente para balancear H em vez de adicionar separado.
Passo 8
Erros comuns para evitar na prova (me lembra de tomar cuidado!):
- Esquecer o H no grupo
de e, por isso, errar o balanço de H. - Confundir que
está sendo reduzido; na verdade ele apenas doa prótons e vira (o nitrogênio mantém NOX). - Não checar carga total dos dois lados (sempre faz diferença).
Você está indo bem — se na prova aparecer uma meia-reação envolvendo óxidos de metais e íons amônio, lembra desses passos: calcule NOX, conte átomos, veja quem doa próton e quem recebe elétron.