Todos os reagentes e produtos estão em seus estados padrão, e os dados da tabela de potenciais de redução de eletrodo padrão são usados para prever se a reação é espontânea no sentido direto:
Passo 1
O que o enunciado pede: prever se a reação é espontânea no sentido direto:
Informações dadas e hipóteses que vou usar:
- Todos os reagentes e produtos estão em seus estados padrão (condições padrão).
- Vou usar potenciais de redução padrão
retirados da tabela padrão de eletrodos (valores típicos): - para o par
: ; - para o par
: .
- para o par
- Objetivo prático: identificar o ânodo e o cátodo, calcular
e concluir sobre espontaneidade (reação direta).
Passo 2
Identificar as semi-reações de redução relevantes (forma reduzida + elétrons → forma oxidada é a forma redução):
- Semi-reação de redução do zinco (da tabela):
- Semi-reação de redução do alumínio (da tabela):
Explicação didática rápida:
dado nas tabelas é sempre o potencial de redução (a tendência da espécie ganhar elétrons). Valores mais positivos indicam maior tendência a ser reduzido.
Passo 3
Decidir qual meia-reação vai ocorrer como redução (cátodo) e qual será invertida (oxidação, ânodo).
- Comparando
das reduções: (Zn) é maior que (Al). A meia-reação com maior de redução é a que ocorre como redução no cátodo. - Conclusão:
será reduzido (cátodo) e será oxidado (ânodo). Isso corresponde exatamente à reação direta dada (Al sólido → Al^{3+} e Zn^{2+} → Zn).
Passo 4
Escrever a semi-reação de oxidação (inverso da redução do alumínio) e indicar seus potenciais:
- Oxidação do alumínio (inverte-se a redução):
- O potencial de oxidação
é o negativo do potencial de redução:
Observação didática: inverter a reação muda o sinal do potencial; porém, multiplicar uma meia-reação por um fator para balancear elétrons NÃO altera seu
.
Passo 5
Balancear elétrons entre as duas semi-reações (para somar as reações):
- A redução do zinco envolve
, a oxidação do alumínio envolve . Mínimo múltiplo comum é elétrons. - Multiplica-se a meia-reação de redução do zinco por
e a de oxidação do alumínio por :
- Somando as duas (os elétrons se cancelam) obtém-se exatamente a reação global dada:
Lembrete didático: multiplicar as equações para balancear elétrons não altera os valores de
; o potencial da celula é determinado pelos potenciais das meias-reações originais.
Passo 6
Calcular o potencial padrão da célula
.
Duas formas equivalentes (explico ambas):
Duas formas equivalentes (explico ambas):
- Forma 1:
, onde ambos os são os potenciais de redução tomados da tabela. - Aqui
. -
. - Então:
- Aqui
- Forma 2 (equivalente):
. -
(veja Passo 4), somando com dá novamente .
Interpretação didática:indica que, sob condições padrão, a reação espontânea é aquela que corresponde à soma das meias-reações do cátodo (redução favorita) e do ânodo (oxidação).
-
Passo 7
Relacionar
com a variação de energia livre padrão
para reforçar a conclusão:
- Fórmula fundamental:
onde:
-
é o número total de elétrons transferidos por mol de reação balanceada (aqui , do balanceamento), -
é a constante de Faraday ( ), -
é o potencial padrão calculado. - Substituindo:
Conclusão física:
negativo confirma que a reação é espontânea sob condições padrão. (Se
então
.)
Passo 8
Conclusão final e dica de prova:
- A reação direta é espontânea em condições padrão porque
(positivo) e é negativo. - Dica prática para a prova: sempre compare os potenciais de redução da tabela; o par com maior
é o que será reduzido (cátodo). Calcule . Não esqueça de balancear elétrons só para escrever a reação completa; o valor de não muda quando se multiplica meias-reações.
Resposta
Sim;
.
.