Uma solução consiste de íons \mathrm{Cu}^{+2}, \mathrm{~Pb}^{+2} e \mathrm{Ag}^{+}na concentração de cada um de 1 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}. O que acontece se uma lâmina de estanho (Sn) é mergulhada na solução? Considere as seguintes semirreações: (Pesquise os valores de potencial padrão de redução para as espécies citadas abaixo e para o Sn )
\begin{aligned} & \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{e} \rightarrow \mathrm{Ag}(\mathrm{~s}) \\\ & \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e} \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{~s}) \\\ & \mathrm{Pb}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e} \rightarrow \mathrm{~Pb}(\mathrm{~s}) \end{aligned}
a) Qual desses metais ou íons é um agente oxidante mais forte? Qual é um agente redutor mais forte?
b) As semirreações podem ser utilizadas para construir três diferentes células galvânicas. Sugira qual célula produz maior voltagem e identifique o cátodo e o ânodo.
b) Qual não poderia ser usado como eletrodo de sacrifício (eletrodo que sofre oxidação) em relação aos outros dois? Explique.

Passo 1

O enunciado envolve uma lâmina de estanho mergulhada numa solução que contém \mathrm{Cu}^{2+}, \mathrm{Pb}^{2+} e \mathrm{Ag}^{+}, todas com concentração 1, \mathrm{mol\,L^{-1}}. O objetivo é usar potenciais padrão de redução para identificar o agente oxidante mais forte (aquele com maior potencial de redução) e o agente redutor mais forte (aquele com menor potencial de redução), depois comparar três possíveis células galvânicas formadas pelos pares \mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag}, \mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu} e \mathrm{Pb}^{2+}/\mathrm{Pb} para ver qual produz maior voltagem e identificar eletrodo positivo (cátodo) e negativo (ânodo). Por fim, decidir qual metal não serve como eletrodo de sacrifício em relação aos outros dois, com base em quem se oxida mais facilmente.

Passo 2

Consultando tabelas de potenciais padrão de redução E^\circ a 25 °C e 1, \mathrm{mol\,L^{-1}}, temos:
E^\circ(\mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag}) = +0,80\\ \mathrm{V}
E^\circ(\mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu}) = +0,34\\ \mathrm{V}
E^\circ(\mathrm{Pb}^{2+}/\mathrm{Pb}) = -0,13\\ \mathrm{V}
Para o par estanho:
E^\circ(\mathrm{Sn}^{2+}/\mathrm{Sn}) \approx -0,14\\ \mathrm{V}

Passo 3

O agente oxidante mais forte é a espécie que mais facilmente se reduz, ou seja, a que tem o maior E^\circ. Logo: \text{agente oxidante mais forte: }\mathrm{Ag}^{+} O agente redutor mais forte é o metal que mais facilmente se oxida, isto é, o par com menor E^\circ. Entre os três dados: \text{agente redutor mais forte: }\mathrm{Pb}

Passo 4

Podemos montar as três células galvânicas e calcular
E_{\text{cel}}^\circ = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo}}áâ
  1. \mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag} vs. \mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu}:
E_{\text{cel}}^\circ = +0,80 - (+0,34) = +0,46\\ \mathrm{V}
  1. \mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag} vs. \mathrm{Pb}^{2+}/\mathrm{Pb}:
E_{\text{cel}}^\circ = +0,80 - (-0,13) = +0,93\\ \mathrm{V}
  1. \mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu} vs. \mathrm{Pb}^{2+}/\mathrm{Pb}:
E_{\text{cel}}^\circ = +0,34 - (-0,13) = +0,47\\ \mathrm{V}

Passo 5

A célula que produz maior voltagem é a que usa \mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag} como cátodo e \mathrm{Pb}^{2+}/\mathrm{Pb} como ânodo, com
E_{\text{cel}}^\circ = +0,93\\ \mathrm{V}.
Portanto:
\text{cátodo: Ag (redução): }\mathrm{Ag}^{+} + \mathrm{e}^{-}\to \mathrm{Ag},áçã
\text{ânodo: Pb (oxidação): }\mathrm{Pb}\to \mathrm{Pb}^{2+} + 2\mathrm{e}^{-}.âçã

Passo 6

Um eletrodo de sacrifício deve oxidar-se preferencialmente em relação ao metal protegido, portanto o metal sacrificial precisa ter potencial de redução menor que o outro. Dentre \mathrm{Ag}, \mathrm{Cu} e \mathrm{Pb}, o metal que apresenta o maior E^\circ (mais nobre) é a prata. Isso significa que a prata não se oxida espontaneamente na presença de Cu ou Pb, logo não pode ser usada como eletrodo de sacrifício em relação aos dois.

Resposta

a) Ag ^+ é o agente oxidante mais forte; Pb é o agente redutor mais forte.
b) A célula Ag ^+/Ag versus Pb ^{2+}/Pb produz maior voltagem ( +0,93 V), com cátodo em Ag e ânodo em Pb.
c) A prata não pode ser usada como eletrodo de sacrifício em relação aos outros dois.

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