Use os dados de potenciais para mostrar que o ácido sulfúrico não pode ser usado para oxidar fluoretos a flúor, mas foi usado por Courtois para produzir iodo a partir de iodetos. Escreva as semi-reações e a equação global.
a
a
a
;
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (i) usar os potenciais fornecidos para mostrar que o ácido sulfúrico não pode oxidar fluoretos (
) a flúor (
); (ii) mostrar que o mesmo ácido foi, historicamente, usado por Courtois para oxidar iodetos (
) a iodo (
) e escrever as semi-reações e a equação global.
As informações dadas (vou reorganizar como potenciais de redução padrão, que é a convenção mais útil para comparar reações) são:
As informações dadas (vou reorganizar como potenciais de redução padrão, que é a convenção mais útil para comparar reações) são:
O que preciso mostrar: com esses valores, por que a oxidação de
por
é impossível (termicamente desfavorável) e por que Courtois obteve
a partir de
(colocar as semi-reações e a equação global).]
Passo 2
Pequena aula sobre como decidir espontaneidade com potenciais padrão (sem pânico — é só comparar números).
- Para duas semi-reações, a que tem maior potencial padrão de redução (
) tende a ocorrer como redução (cátodo). A outra será a oxidação (ânodo), que é a inversa da sua semi-reação de redução. - O potencial padrão da célula é
onde ambos
são potenciais de redução.
- Se
a reação global (relação redução no cátodo + oxidação no ânodo) é espontânea sob condições-padrão. Se , a reação não é espontânea sob condições-padrão (precisaria de aporte de energia ou condições não-padrão). - Relação com energia livre:
(mais positivo → mais espontâneo).
Vou aplicar isso aos dois casos (fluoreto e iodeto) usando as semi-reações que escrevi no Passo 1.
Passo 3
Caso fluoreto → flúor. Escrevo as semi-reações relevantes (na forma de redução, como convém para usar os
):
Redução do flúor:
Redução do sulfato (o agente oxidante que supostamente seria reduzido a
):
Se tentássemos que o ácido sulfúrico (sulfato em meio ácido) oxidasse
a
, a redução ocorreria no cátodo representada por (S) e a oxidação no ânodo seria a inversa de (F). Para calcular
usamos as duas semi-reações em forma de redução:
Substituindo números:
Como
(muito negativo), a reação
é termodinamicamente impossível nas condições padrão: o ácido sulfúrico não é um oxidante suficientemente forte para formar
. Conclusão prática: não dá para oxidar
a
com
.
Passo 4
Caso iodeto → iodo (situação de Courtois). Escrevo as semi-reações (novamente na forma de redução):
Redução do iodo:
Redução do sulfato (mesma de antes):
Se o
for o agente oxidante (ser reduzido a
) e o
for oxidado a
(ou seja, a redução de iodo é a semi-reação oposta à oxidação que ocorre como anodo), o potencial padrão da célula seria:
Esse
é negativo sob condições padrão, o que indica que, estritamente sob condições-padrão, a reação completa como escrita não é espontânea. No entanto, historicamente Courtois obteve
tratando sais iodeto com ácido sulfúrico concentrado e aquecendo — a explicação prática é que as condições experimentais não são as condições padrão: ácido concentrado, aquecimento, remoção do
pela volatilização e outras reações secundárias tornam possível a formação observada de
. Em resumo: termodinâmica padrão prediz dificuldade (
), mas condições experimentais (não-padrão) permitem a reação que Courtois observou.
Passo 5
Escrevo as semi-reações e as equações globais balanceadas que correspondem aos dois casos, para ficar tudo explícito e pronto para a prova.
Caso fluoreto (impossível termodinamicamente nas condições-padrão):
Semi-reações (forma de redução e a oxidação correspondente):
Equação iônica global prevista (não espontânea,
):
Equação molecular análoga (se tentada com sal de potássio):
Caso iodeto (Courtois — equações e observação experimental):
Semi-reações (redução + a oxidação correspondente):
Equação iônica global (balanceada):
Equação molecular correspondente (usada por Courtois com sal de potássio):
Nota: sob condições-padrão
, mas em ácido concentrado, com aquecimento e remoção do
produzido, a reação é observada experimentalmente — por isso Courtois conseguiu isolar iodo.
Resposta
Caso fluoreto (semi-reações e equação global, não espontânea):
Caso iodeto (semi-reações e equação global — Courtois):
Equação molecular usada por Courtois: