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 0,1 \mathrm{M}, 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 A, B, C e D e justifique essa ordem. Informações dadas:
  • Apenas os metais B e D reagem em solução aquosa de \mathrm{HCl} 0,1\\ \mathrm{M}, formando bolhas de \mathrm{H}_2 sobre o metal em análise.
  • O metal B não reagiu em solução que continha cátions D^{n+}.
  • O metal C não reagiu em nenhuma das soluções dos cátions dos outros metais ( A^{n+}, B^{n+}, D^{n+}).

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 M pode ser escrita como:
M \to M^{n+} + n e^-
e a redução do íon M^{n+} é o processo inverso. Em soluções ácidas, o íon \mathrm{H}^+ pode ser reduzido a \mathrm{H}_2:
2\,\mathrm{H}^+ + 2 e^- \to \mathrm{H}_2.
Regra prática importante (regras de deslocamento): um metal X em estado sólido desloca (reduz) íons Y^{n+} em solução formando Y metálico se e somente se X for um agente redutor mais forte que Y. Em termos simples: se X consegue reduzir Y^{n+}, então X está “acima” de Y na série de reatividade (ou tem maior caráter redutor).

Passo 3

Interpretação da primeira observação: "Apenas B e D reagem com \mathrm{HCl} 0,1\\ \mathrm{M}, formando \mathrm{H}_2".
Quando um metal M reage com ácido clorídrico, a reação típica é:
M + 2\,\mathrm{H}^+ \to M^{2+} + \mathrm{H}_2
(ou forma análoga com outro número de elétrons n). Para que essa reação ocorra, o metal M precisa ser mais facilmente oxidado que o hidrogênio, isto é, ter caráter redutor maior que o do hidrogênio. Logo:
  • B e D são mais redutores que o hidrogênio (têm caráter redutor maior que \mathrm{H}).
  • A e C não reagem com \mathrm{HCl}, portanto são menos redutores que o hidrogênio (têm caráter redutor menor que \mathrm{H}).
Resumo desta etapa em desigualdades (sem ainda ordenar todos entre si):
  • B > \mathrm{H} e D > \mathrm{H}.
  • A < \mathrm{H} e C < \mathrm{H}.

Passo 4

Interpretação da segunda observação: "O metal B não reagiu em solução que continha cátions D^{n+}".
Se eu colocar B metálico em uma solução contendo D^{n+}, a reação possível seria:
B + D^{n+} \to B^{m+} + D
Isso só ocorre se B for um redutor mais forte que D (isto é, se B se oxidar mais facilmente que D se reduzir). O fato experimental é que não houve reação, então B não é capaz de reduzir D^{n+}. Portanto:
  • B é menos redutor que D, ou seja B < D.
Observação intuitiva: mesmo que B reduza \mathrm{H}^+, não significa que consiga reduzir qualquer outro cátion; para reduzir D^{n+} ele teria que ser ainda mais redutor que D, o que não é o caso.

Passo 5

Interpretação da terceira observação: “O metal C não reagiu em nenhuma das soluções dos cátions dos outros metais ( A^{n+}, B^{n+}, D^{n+})”.
Colocar C metálico em soluções de A^{n+}, B^{n+} e D^{n+} não provoca reação; portanto C não reduz nenhum desses cátions. Isso implica que C é menos redutor que cada um de A, B e D. Em desigualdades:
  • C < A, C < B, C < D.
Isso já nos diz que C 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: C é o mais fraco redutor (está abaixo de A, B e D).
  • De Passo 3: A e C estão abaixo do hidrogênio, enquanto B e D estão acima do hidrogênio. Então tanto A quanto C são menos redutores que B e D.
  • De Passo 4: B < D (isto é, D é mais redutor que B).
  • Ainda falta posicionar A em relação a B. Como A não reage com \mathrm{HCl} (logo A<\mathrm{H}) e B reage com \mathrm{HCl} (logo B>\mathrm{H}), concluímos que A é menos redutor que B. Assim A < B.
Juntando tudo:
  • C é o menor.
  • A vem depois de C (pois C<A).
  • B é maior que A e maior que \mathrm{H}.
  • D é o maior (pois D>B).

Passo 7

Verificação rápida por consistência com os dados:
  • Apenas B e D reagem com \mathrm{HCl}: na ordem proposta ambos estão acima de \mathrm{H} — OK.
  • B não reduz D^{n+}: na ordem proposta B está abaixo de D — OK.
  • C não reduz nenhum dos outros cátions: na ordem proposta C é o mais fraco — OK.

Resposta

C < A < B < D

Exercícios relacionados