Questão 126 Enem 2025 - dia 2 - Matemática e Ciências da natureza

Questão 126

Diferença de Potencial (Pilha) Oxidação

Objetos de prata escurecem em contato com compostos contendo enxofre por causa da formação de uma fina camada de sulfeto de prata. Um método simples para clarear o objeto consiste em forrar um recipiente com papel alumínio, adicionar oao recipiente uma solução aquosa de cloreto de sódio e, enfim, mergulhar o objeto de prata enegrecido. Em cerca de três minutos, a prata volta à coloração original. As seguintes semirreações e os respectivos potenciais-padrão de redução são úteis para a compreensão dos fenômenos ocorridos.

$A g_{2} S (s) + 2 e^{-} \to 2 A g (s) + S^{2 -} (a q) - 0, 69 V$

$O_{2} (g) + 4 H^{+} (a q) + 4 e^{-} \to 2 H_{2} O (l) + 1, 23 V$

$A l^{3 +} (a q) + 3 e^{-} \to A l (s) - 1, 68 V$

SARTORI, E. R.; BATISTA, E. F.; FATIBELLO-FILHO, O. Escurecimento e limpeza de objetos de prata: um experimento simples e de fácil execução envolvendo reações de oxidação-redução. Química Nova na Escola, n. 30, 2008 (adaptado).

Os valores das diferenças de potencial-padrão das reações que representam o escurecimento e o clareamento do objeto de prata são, respectivamente:

a)	+0,54 V e +2,37 V
b)	+1,92 V e +0,99V.
c)	-0,15 V e -5, 43 V.
d)	+2,61 V e + 1,29 V
e)	+ 0,15 V e - 1,29 V

Resolução

A fórmula geral para calcular a diferença de potencial-padrão de uma reação eletroquímica é:

$Δ E^{\circ} = E_{red}^{\circ} (cátodo) - E_{red}^{\circ} (ânodo)$

Ou, de forma equivalente, sabendo que $E_{o x} = - E_{r e d}$ :

$Δ E^{\circ} = E_{red}^{\circ} (redução) + E_{ox}^{\circ} (oxidação)$

O escurecimento da prata é o processo de formação de sulfeto de prata $({Ag}_{2} S)$ a partir da prata metálica $(Ag)$ e de um composto sulfurado, portanto, é representada pela primeira equação na forma de oxidação. Em geral, esse processo ocorre na presença de um agente oxidante, como o oxigênio $(O_{2})$ do ar, o qual reduz conforme a segunda equação fornecida. Fazendo o balanço de elétrons, temos:

$4 A g (s) + 2 S^{2 -} (a q) \to 2 A g_{2} S (s) + 4 e^{-} E_{o x} = + 0, 69 V O_{2} (g) + 4 H^{+} (a q) + 4 e^{-} \to 2 H_{2} O (l) E_{r e d} = + 1, 23 V$

A reação global e seu respectivo ΔE são:

$4 A g (s) + 2 S^{2 -} (a q) O_{2} (g) + 4 H^{+} (a q) \to 2 H_{2} O (l) + 2 A g_{2} S (s)$

$Δ E_{escurecimento}^{\circ} = E_{red}^{\circ} + E_{ox}^{\circ}$

$Δ E_{escurecimento}^{\circ} = (1, 23 + 0, 69) V$

$Δ E_{escurecimento}^{\circ} = + 1, 92 V$

O clareamento é um processo eletroquímico onde o papel alumínio $(Al)$ atua como ânodo (sofre oxidação) e pode ser representada pela terceira equação do enunciado na forma de oxidação (invertida). A camada de sulfeto de prata $({Ag}_{2} S)$ atua como cátodo (sofre redução), revertendo-se para prata metálica $(Ag)$ , conforme a primeira equação fornecida. Fazendo o balanço de elétrons, temos:

$3 A g_{2} S (s) + 6 e^{-} \to 6 A g (s) + 3 S^{2 -} (a q) E_{r e d} = - 0, 69 V 2 A l (s) \to 2 A l^{3 +} (a q) + 6 e^{-} E_{o x} = + 1, 68 V$

A reação global e seu respectivo ΔE são:

$3 A g_{2} S (s) + 2 A l (s) \to 6 A g (s) + 3 S^{2 -} (a q) + 2 A l^{3 +} (a q)$

$Δ E_{clareamento}^{\circ} = E_{red}^{\circ} ({Ag}_{2} S) + E_{ox}^{\circ} (Al)$

$Δ E_{clareamento}^{\circ} = (- 0, 69 V) + 1, 68 V$

$Δ E_{clareamento}^{\circ} = + 0, 99 V$

Portanto, para o objeto de prata, a diferença de potencial-padrão da reação de escurecimento é de +1,92 V enquanto a diferença de potencial-padrão da reação de clareamento é de +0,99 V.