Qual é o valor de
global para a reação de
com íons
, em meio ácido? Qual é o valor de
para essa reação? Pode-se esperar que essa reação ocorra espontaneamente quando se trabalha em condições-padrão?
(R.:
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Passo 1
Beleza, vamos resolver essa questão de eletroquímica juntos! O enunciado pede para encontrar o potencial padrão (E°) da reação global entre íons Fe²⁺ e MnO₄⁻ em meio ácido, calcular a variação de energia livre padrão (ΔG°) dessa reação e verificar se ela ocorre de forma espontânea em condições-padrão. Para isso, vamos usar os potenciais padrão de redução fornecidos e aplicar alguns conceitos de reações redox.
Passo 2
Primeiro, vamos anotar as duas semi-reações fornecidas com seus potenciais padrão:
Passo 3
Agora, vamos identificar qual dessas semi-reações será a redução e qual será a oxidação na reação global. O potencial padrão mais alto geralmente atua como o agente oxidante (reduz-se), e o potencial mais baixo atua como o agente redutor (oxida-se).
Aqui, MnO₄²⁻ tem E° = 1,51 V e Fe³⁺ tem E° = 0,77 V. Então, MnO₄²⁻ vai se reduzir a Mn²⁺, e Fe²⁺ vai se oxidar a Fe³⁺.
Passo 4
Vamos balancear os elétrons para que a transferência total de elétrons seja a mesma em ambas as semi-reações. A primeira semi-reação envolve 5 elétrons e a segunda, 1 elétron. Para equilibrar, multiplicamos a segunda semi-reação por 5:
Redução:
Oxidação (multiplicando por 5):
Passo 5
Agora, vamos somar as duas semi-reações para obter a reação global:
Passo 6
Para encontrar o potencial global (E°), usamos a fórmula:
Substituindo os valores:
Passo 7
Agora, vamos calcular a variação de energia livre padrão (ΔG°) usando a relação:
Onde:
- $ n = 5 $ (número de elétrons transferidos)
- $ F = 96485 , \mathrm{C/mol} $ (constante de Faraday)
- $ E^{\mathrm{o}}_{global} = 0,74 \mathrm{~V} $
Calculando:
Resposta
O valor de $ E^{\mathrm{o}} $ global para a reação é 0,74 V e o valor de $ \Delta G^{\mathrm{o}} $ é −3,6 × 10² kJ/mol. Podemos esperar que essa reação ocorra de forma espontânea em condições-padrão.