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 enunciado dá a reação abaixo, com todas as substâncias em seus estados padrão, e pede para prever se a reação é espontânea no sentido direto usando a tabela de potenciais de redução padrão:
Informações relevantes fornecidas:
- Todas as espécies estão em seus estados padrão (logo usarão potenciais padrão).
- Deve-se usar a tabela de potenciais de redução padrão para avaliar espontaneidade.
O que é pedido: decidir se a reação escrita é espontânea (no sentido direto) e, para justificar, calcular o potencial de célula padrão(e opcionalmente ) usando os potenciais de redução padrão.
Passo 2
Identificar as semi-reações de oxidação e redução e equilibrar elétrons.
- Olhando para a reação, o iodo elementar
vira : isso é uma redução típica, pois o iodo ganha elétrons. - O ferro
vira : isso é uma oxidação, pois o ferro perde elétrons.
Escrevemos as semi-reações como reduções (forma padrão usada nas tabelas):
Para a reação global dada, dois íons
são oxidados (cada um perde 1 elétron), produzindo 2 elétrons no total, que são consumidos pela redução de uma molécula de
(que aceita 2 elétrons). Portanto o número de elétrons transferidos na reação global é
. As semi-reações já têm os elétrons balanceados (multiplica-se a do ferro por 2 se necessário).
Passo 3
Pegar os potenciais padrão de redução da tabela (informar explicitamente os valores usados).
- Peguei da tabela de potenciais padrão o valor para a semi-reação
:
- Peguei da tabela de potenciais padrão o valor para a semi-reação
:
(Observação: esses são os valores padrão típicos nas tabelas; foi explicitado que os valores foram extraídos da tabela.)
Passo 4
Explicar a relação entre potenciais e espontaneidade e a fórmula usada.
- Regra simples e muito útil: uma reação redox na célula eletroquímica padrão é espontânea no sentido escrito se e só se o potencial padrão de célula
for positivo. - Fórmula prática para
:
onde
e
são os potenciais de redução padrão das semi-reações que ocorrem no cátodo (redução) e no ânodo (redução escrita na tabela, mas na célula ocorre a oxidação). Alternativamente:
com
.
Passo 5
Determinar qual semi-reação é cátodo e qual é ânodo e calcular
.
- Cátodo (redução) é a semi-reação com maior potencial de redução (mais positiva) quando há disputa; porém aqui a reação já indica que
é reduzido, logo o cátodo é a semi-reação do iodo:
- Ânodo (oxidação) é a semi-reação do ferro: a tabela fornece
, mas lembrando que nessa célula o ferro é oxidado, então usamos esse valor como na fórmula com sinal positivo (pois a fórmula pede ).
Agora calculamos:
Explicação curta: o potencial de redução do ferro é maior que o do iodo, então, como escritos nas tabelas, o ferro tende a ser reduzido mais fortemente que o iodo; para que o iodo seja reduzido como no enunciado, seria necessário o ferro atuar como agente redutor — mas sua tendência é a contrária, daí o
negativo.
Passo 6
Calcular
padrão (interpretar energia livre) para reforçar o diagnóstico de espontaneidade.
- Relação entre
e :
onde
é o número de mols de elétrons transferidos por mol de reação global (aqui
) e
é a constante de Faraday (
).
Substituindo:
Substituindo:
Sinal positivo de
confirma que a reação, tal como escrita, é não espontânea sob condições padrão.
Passo 7
Conclusão e interpretação prática.
- Como
e , a reação escrita não é espontânea sob condições padrão. - A reação inversa
teria
e, portanto, seria espontânea em condições padrão.
Resposta
A reação escrita não é espontânea sob condições padrão;
.
.