Se todos os reagentes e produtos estão nos seus estados-padrão, quais das seguintes reações redox são espontâneas a
?
(a)
Temos os pares redox
e
. O eletrodo de zinco (
) apresenta um potencial-padrão de redução igual a
EHP e o eletrodo de hidrogênio (
) apresenta um potencial-padrão de redução igual a 0 V/EHP. Como o eletrodo de hidrogênio tem um potencial de redução maior que do zinco, o primeiro se reduz e o segundo se oxida, conforme a reaçäo (a). Portanto, a reação (a) é espontânea.
Podemos ver também pela energia livre de Gibbs (
ddp), que deverá ser negativa para que a reação seja espontânea. Como a ddp
ela deve ser positiva para que a energia livre de Gibbs seja negativa. A ddp neste caso é negativa, já que a espécie que se reduz (
a
) apresenta um Ered maior que o par
que se oxida.
(b)
Näo espontânea. O potencial-padrão de redução do eletrodo
potencial-padrão de redução do eletrodo
, portanto o primeiro eletrodo tem que se reduzir e o segundo se oxidar.
(c)
Näo espontânea. O potencial-padräo de redução do eletrodo
potencial-padrão de redução do eletrodo
, portanto o primeiro eletrodo tem que se reduzir e o segundo se oxidar.
(d)
Reação espontânea. O potencial-padrão de redução do eletrodo
> potencial-padrão de redução do eletrodo
, portanto o primeiro eletrodo tem que se reduzir e o segundo se oxidar.
(e)
Reação espontânea. O potencial-padrão de redução do eletrodo
> potencial-padrão de redução do eletrodo
, portanto o primeiro eletrodo tem que se reduzir e o segundo se oxidar.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Passo 1
O que o enunciado pede: identificar quais das reações (a) a (e) são espontâneas a
quando todos os reagentes e produtos estão em seus estados padrão.
Informações relevantes dadas e que vamos usar:
Obs.: Alguns desses valores (por ex.
e
) não foram explicitamente dados no enunciado do usuário, então usei os valores-padrão conhecidos de tabelas para avaliarmos as reações. Todos os dados acima referem-se a condições-padrão (
para soluções aquosas,
para gases,
).]
Passo 2
Método que vamos usar — explicação didática (passo-a-passo do conceito):
- Cada reação redox é feita de duas meias-reações: redução (ganho de elétrons) e oxidação (perda de elétrons). Os potenciais-padrão
que eu mostrei são para as meias-reações de redução. - Regra prática: a meia-reação com o maior
(mais positivo) tem maior tendência a ocorrer como redução (cátodo). A outra ficará como oxidação (ânodo). - O potencial-padrão da célula é
Se
a reação global é espontânea em condições padrão; se
não é espontânea.
4. Relação com energia livre: a variação de energia livre padrão é
4. Relação com energia livre: a variação de energia livre padrão é
onde
é o número total de elétrons transferidos na reação global e
é a constante de Faraday (
). Assim,
implica
(espontânea).
5. Procedimento para cada caso: (i) escrever as duas meias-reações relevantes, (ii) identificar de cada meia-reação, (iii) definir qual é cátodo e ânodo pela comparação de
, (iv) calcular
, (v) decidir espontaneidade.
5. Procedimento para cada caso: (i) escrever as duas meias-reações relevantes, (ii) identificar
Passo 3
Reação (a):
Meias-reações (escritas como reduções para comparar
):
Comparação:
, portanto a meia-reação do hidrogênio é a redução (cátodo) e a do zinco será a oxidação (ânodo, escrita reversa). Cálculo de
:
Como
, a reação é espontânea em condições padrão. (Aqui
elétrons;
.)
Passo 4
Reação (b):
Meias-reações:
Comparação:
, então o par
tende a se reduzir (ser cátodo). Na reação escrita, porém, o cobre metálico está sendo oxidado e o
reduzido — isso seria o oposto da tendência natural. Calculemos
conforme a reação proposta (cátodo seria
, ânodo seria
):
Como
, a reação escrita não é espontânea em condições padrão.
Passo 5
Reação (c):
Meias-reações (reduções):
Na reação dada,
é reduzido e
é oxidado a
. Para identificar cátodo e ânodo compare os
:
, logo o par
seria o cátodo (redução) se as coisas seguissem a tendência. A reação proposta tem o contrário: está pedindo que
seja oxidado enquanto
é reduzido. Vamos calcular
para a reação escrita (cátodo
, ânodo
):
Como
, a reação (c) NÃO é espontânea em condições padrão.
Passo 6
Reação (d):
Meias-reações (reduções):
Comparação:
, então
tenderá a se reduzir (cátodo) e o cromo metálico se oxidará a
(ânodo), que é exatamente o que a reação escrita mostra. Calculemos
: como cada
perde 3 elétrons e cada
ganha 1, o esquema está corretamente balanceado por elétrons (3 elétrons transferidos por mol de cromo), e
Passo 7
Reação (e):
Meias-reações (reduções):
Na reação dada,
é reduzido a
e o ferro metálico é oxidado a
, o que corresponde às tendências porque
. Calculando
: o ferro metálico ao oxidar fornece 2 elétrons que reduzem dois
(cada um precisa de 1 elétron); assim
elétrons na reação global e
Como
, a reação (e) é espontânea em condições padrão. (Aqui
.)
Resposta
(a) espontânea
(b) não espontânea
(c) não espontânea
(d) espontânea
(e) espontânea
(b) não espontânea
(c) não espontânea
(d) espontânea
(e) espontânea