Você foi contratado para trabalhar no setor de P&D de uma indústria de galvanosplastia. Em suas análises estão disponíveis 4 metais (A, B, C e D) para que sejam empregados no revestimento do aço-carbono com o intuito de aumentar a sua resistência ao processo corrosivo, para tanto, deve-se escalonar a reatividade dos mesmos. Foi observado experimentalmente as seguintes considerações:
- Apenas os metais B e D reagem em uma solução aquosa de HCl
, tendo como resultado a formação de bolhas (H2) sobre a superfície do metal em análise;
- Notou-se que o metal B não reagiu em solução que continha cátions Dn+;
- O metal C não reagiu em nenhuma das soluções dos cátions dos outros metais;
Ao final, qual a ordem crescente do caráter redutor que você apresentará em seu relatório técnico de desenvolvimento? Justifique. (Valor: 1,0 ponto)
Passo 1
O enunciado pede que eu apresente a ordem crescente do caráter redutor dos quatro metais
,
,
e
e justifique essa ordem. Informações dadas:
- Apenas os metais
e reagem em solução aquosa de , formando bolhas de sobre o metal em análise. - O metal
não reagiu em solução que continha cátions . - O metal
não reagiu em nenhuma das soluções dos cátions dos outros metais ( , , ).
Passo 2
Conceito essencial (explicado passo a passo, sem pressa): o “caráter redutor” de um metal mede a tendência desse metal a perder elétrons (ou seja, a ser oxidado). Um agente redutor forte perde elétrons com mais facilidade; portanto, quanto maior o caráter redutor, mais facilmente o metal é oxidado. Formalmente, a oxidação de um metal genérico
pode ser escrita como:
e a redução do íon
é o processo inverso. Em soluções ácidas, o íon
pode ser reduzido a
:
Regra prática importante (regras de deslocamento): um metal
em estado sólido desloca (reduz) íons
em solução formando
metálico se e somente se
for um agente redutor mais forte que
. Em termos simples: se
consegue reduzir
, então
está “acima” de
na série de reatividade (ou tem maior caráter redutor).
Passo 3
Interpretação da primeira observação: "Apenas
e
reagem com
, formando
".
Quando um metal reage com ácido clorídrico, a reação típica é:
Quando um metal
(ou forma análoga com outro número de elétrons
). Para que essa reação ocorra, o metal
precisa ser mais facilmente oxidado que o hidrogênio, isto é, ter caráter redutor maior que o do hidrogênio. Logo:
-
e são mais redutores que o hidrogênio (têm caráter redutor maior que ). -
e não reagem com , portanto são menos redutores que o hidrogênio (têm caráter redutor menor que ).
Resumo desta etapa em desigualdades (sem ainda ordenar todos entre si):
-
e . -
e .
Passo 4
Interpretação da segunda observação: "O metal
não reagiu em solução que continha cátions
".
Se eu colocar metálico em uma solução contendo
, a reação possível seria:
Se eu colocar
Isso só ocorre se
for um redutor mais forte que
(isto é, se
se oxidar mais facilmente que
se reduzir). O fato experimental é que não houve reação, então
não é capaz de reduzir
. Portanto:
-
é menos redutor que , ou seja .
Observação intuitiva: mesmo que
reduza
, não significa que consiga reduzir qualquer outro cátion; para reduzir
ele teria que ser ainda mais redutor que
, o que não é o caso.
Passo 5
Interpretação da terceira observação: “O metal
não reagiu em nenhuma das soluções dos cátions dos outros metais (
,
,
)”.
Colocar metálico em soluções de
,
e
não provoca reação; portanto
não reduz nenhum desses cátions. Isso implica que
é menos redutor que cada um de
,
e
. Em desigualdades:
Colocar
-
, , .
Isso já nos diz que
é o metal com menor caráter redutor entre os quatro.
Passo 6
Combinação lógica de todas as informações para ordenar os quatro metais:
- De Passo 5:
é o mais fraco redutor (está abaixo de , e ). - De Passo 3:
e estão abaixo do hidrogênio, enquanto e estão acima do hidrogênio. Então tanto quanto são menos redutores que e . - De Passo 4:
(isto é, é mais redutor que ). - Ainda falta posicionar
em relação a . Como não reage com (logo ) e reage com (logo ), concluímos que é menos redutor que . Assim .
Juntando tudo:
-
é o menor. -
vem depois de (pois ). -
é maior que e maior que . -
é o maior (pois ).
Passo 7
Verificação rápida por consistência com os dados:
- Apenas
e reagem com : na ordem proposta ambos estão acima de — OK. -
não reduz : na ordem proposta está abaixo de — OK. -
não reduz nenhum dos outros cátions: na ordem proposta é o mais fraco — OK.