Use os potenciais padrão de redução e determine quais reações são espontâneas
Passo 1
O enunciado dá a reação
Pergunta: usando os potenciais padrão de redução, determinar se essa reação é espontânea (isto é, se
). Informações relevantes dadas no enunciado: a equação global (os reagentes e os produtos) e que devemos usar potenciais padrão de redução. Não foi dada uma tabela, portanto usarei valores padrão conhecidos de uma tabela de potenciais padrão de redução (vou indicar explicitamente quais valores usei).
Passo 2
Vamos separar a reação global em semireações de oxidação e redução e checar o balanceamento de elétrons.
Escrevemos a semirreação de oxidação (para o manganês metálico):
(essa semirreação mostra que cada átomo de Mn perde 2 elétrons).
Para o agente oxidante (o enxofre em
) precisamos da semirreação de redução que resulta em enxofre elementar
. Balanceando átomos de H e O e carga, obtemos:
Verificação rápida: H:
à esquerda,
à direita; O:
à esquerda e
na direita; cargas também batem (tudo neutro). Essa semirreação consome 4 elétrons.
Na reação global aparecem 2 átomos de
, logo usamos 2 vezes a semirreação de oxidação para fornecer
elétrons, que casam com os 4 elétrons exigidos pela semirreação de redução. Assim as semirreações combinadas reproduzem exatamente a equação global dada.
Passo 3
Conceito essencial (aula rápida e prática):
- O potencial padrão de redução
mede a tendência de uma espécie ser reduzida (ganhar elétrons) em relação ao eletrodo padrão (SHE). - Para uma célula galvânica formada por duas semirreações sob condições padrão, o potencial padrão da célula é
onde o cátodo é onde ocorre redução e o ânodo é onde ocorre oxidação.
- Se
a reação espontânea na direção escrita (redução no cátodo e oxidação no ânodo). Se a reação não é espontânea na direção escrita. - Observação importante: ao combinar semirreações, não multiplicamos os potenciais por coeficientes estequiométricos — os potenciais são propriedades intensivas.
Passo 4
Agora preciso dos valores numéricos dos potenciais padrão de redução. Vou usar valores de uma tabela padrão de potenciais de redução (valores tabulados usuais):
- Para a meia reação
o potencial padrão de redução é
valor tomado da tabela padrão de potenciais de redução.
- Para a meia reação de redução que escrevemos
o potencial padrão de redução tabulado (valor da tabela padrão para redução de
a enxofre elementar na forma escrita) é aproximadamente
valor também tomado da tabela padrão de potenciais de redução (notação: estou explicitando que estes valores foram obtidos da tabela padrão).
Identificamos quem é cátodo e ânodo: a semirreação com o maior
atua como redução (cátodo). Aqui
é maior que
, logo:
- Cátodo (redução):
com . - Ânodo (oxidação):
cujo potencial de redução é , logo .
Calculemos o potencial da célula:
Passo 5
Interpretação final e didática prática:
- O valor calculado
é positivo, portanto a reação global, como escrita, é espontânea sob condições padrão (concentrações , pressão , temperatura ). - Observação útil para prova: mostre sempre as semirreações balanceadas, identifique qual tem maior
(essa é a redução/cátodo), use a fórmula e lembre que não se multiplica potenciais por coeficientes estequiométricos. - Se as condições não fossem padrão (concentrações diferentes, pH diferente de 0), teríamos que usar a equação de Nernst para ajustar
e então verificar espontaneidade. Mas para este exercício usámos os valores padrão.