Responda às questões de forma clara apresentando as equações balanceadas, as semiequações de redução/oxidação e os potenciais eletroquímicos quando necessário.
Forneça as equações da reação de sódio metálico e de potássio metálico em meio aquoso. Quais alterações experimentos foram observados? A reatividade observada está de acordo com o potencial de redução e energias de ionização? Explique.
O que ocorre com a reatividade do sódio ao formar um amálgama com o mercúrio em meio aquoso? Explique.

Passo 1

O enunciado pede para escrever as equações balanceadas e as semiequações de oxidação e redução das reações do sódio metálico e do potássio metálico em meio aquoso, relatar as observações experimentais, e verificar se a reatividade observada bate com os potenciais de redução e as energias de ionização. Além disso, pergunta o que ocorre com a reatividade do sódio quando ele forma amálgama com mercúrio em água. O conteúdo principal é redox e eletroquímica (potenciais padrão e energias de ionização).

Passo 2

Reação do sódio em água pura:
2\,\mathrm{Na}(s) + 2\,\mathrm{H_2O}(l) \longrightarrow 2\,\mathrm{NaOH}(aq) + \mathrm{H_2}(g)
Semiequações (todas as espécies em condições-padrão):
\text{oxidação:}\quad \mathrm{Na}(s) \;\longrightarrow\; \mathrm{Na}^+(aq) + e^-\quad E^\circ_{\text{ox}} = +2{,}71\:\mathrm{V}çã
\text{redução:}\quad 2\,\mathrm{H_2O}(l) + 2\,e^- \;\longrightarrow\; \mathrm{H_2}(g) + 2\,\mathrm{OH}^-(aq)\quad E^\circ_{\text{red}} = -0{,}83\:\mathrm{V}çã
Observações experimentais: o sódio forma bolhas intensas de \mathrm{H_2}, a solução aquece muito (reação altamente exotérmica), o pedaço de metal salta na superfície e produz chama amarela característica do sódio.

Passo 3

Reação do potássio em água pura:
2\,\mathrm{K}(s) + 2\,\mathrm{H_2O}(l) \longrightarrow 2\,\mathrm{KOH}(aq) + \mathrm{H_2}(g)
Semiequações:
\text{oxidação:}\quad \mathrm{K}(s) \;\longrightarrow\; \mathrm{K}^+(aq) + e^-\quad E^\circ_{\text{ox}} = +2{,}93\:\mathrm{V}çã
\text{redução:}\quad 2\,\mathrm{H_2O}(l) + 2\,e^- \;\longrightarrow\; \mathrm{H_2}(g) + 2\,\mathrm{OH}^-(aq)\quad E^\circ_{\text{red}} = -0{,}83\:\mathrm{V}çã
Observações experimentais: borbulhamento ainda mais violento do que com sódio, chama lilás-violeta (atria do potássio) e às vezes ignição espontânea do hidrogênio.
Comparação com potenciais e energias de ionização: o potencial padrão E^\circ(\mathrm{K}^+/\mathrm{K}) = -2{,}93\:\mathrm{V} é mais negativo que E^\circ(\mathrm{Na}^+/\mathrm{Na}) = -2{,}71\:\mathrm{V}, o que faz do potássio um agente redutor mais forte e, portanto, mais reativo em água. Isso também se alinha com as energias de primeira ionização, que são \mathrm{IE}_1(\mathrm{K})\approx419\:\mathrm{kJ/mol} e \mathrm{IE}_1(\mathrm{Na})\approx496\:\mathrm{kJ/mol}: o potássio perde elétron com mais facilidade.

Passo 4

Reatividade do sódio em amálgama com mercúrio
Quando se forma o amálgama \mathrm{Na} \mathrm{Hg}, o sódio metálico fica disperso na matriz líquida de mercúrio, reduzindo muito seu contato direto com a água. A equação global ainda é
2\,\mathrm{Na}(\mathrm{Hg}) + 2\,\mathrm{H_2O}(l) \longrightarrow 2\,\mathrm{NaOH}(aq) + \mathrm{H_2}(g) + 2\,\mathrm{Hg}(l)
mas a velocidade cai drasticamente. Experimentalmente observa-se apenas efervescência lenta, sem saltos nem chama. Isso ocorre porque o mercúrio envolve as partículas de sódio, formando uma camada protetora que dificulta a difusão de água até o sódio e, consequentemente, o processo de oxidação fica controlado, apesar do potencial padrão não mudar.

Resposta

A reatividade do sódio metálico em água e do potássio metálico em água, bem como a menor reatividade do sódio em amálgama com mercúrio, estão em pleno acordo com os potenciais padrão de redução (mais negativo ⇒ mais redutor ⇒ mais reativo) e com as energias de ionização (menor energia ⇒ mais facilmente perde elétron).

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