Questão 5 Fuvest 2023 - 2ª fase - dia 2 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 5

Nox e carga formal Pilha

O escurecimento de joias e artigos de prata ocorre devido à reação da prata, na presença de oxigênio atmosférico, com compostos de enxofre presentes no próprio ambiente, formando o sulfeto de prata, que é um composto de coloração preta. Essa reação é representada a seguir:

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

Uma das receitas caseiras para o clareamento da prata é descrita a seguir:

1. Adicionar uma solução aquecida de água, sal de cozinha e bicarbonato de sódio em um recipiente forrado internamente com papel alumínio;

2. Adicionar o objeto de prata no recipiente com a solução e deixar reagir por 3 minutos;

3. Retirar o objeto de prata, lavar com água em abundância e secar.

Considerando que os potenciais padrão de redução do $A l^{3 +}$ e do $A g_{2} S$ são:

$A l^{3 +} (a q) + 3 e^{-} ⇌ A l (s) E ° = - 1, 66 V A g_{2} S (s) + 2 e^{-} ⇌ 2 A g (s) + S^{2 -} (a q) E ° = - 0, 69 V$

a) Escreva, no quadro da folha de respostas, o número de oxidação da prata antes do escurecimento e no composto formado depois do escurecimento.

b) Escreva a equação global balanceada e calcule a diferença de potencial da reação de clareamento da prata (restituição da prata metálica).

c) Outra receita caseira envolve o uso de pasta de dente, que contém fluoreto, na limpeza de objetos de prata por abrasão e polimento da sua superfície. Considerando que o potencial de redução (E°) do flúor é de +2,87 V, a presença de fluoreto contribui para a limpeza da prata? Justifique com base no potencial da reação global.

Resolução

a) Antes do escurecimento, a prata está em sua forma metálica ( $A g$ ). Por se tratar de uma substância simples seu número de oxidação é zero ( $NOx = 0$ )
Em substâncias compostas, a prata apresenta número de oxidação fixo com valor +1. Portanto, como $A g_{2} S$ (sulfeto de prata) é uma substância composta, o número de oxidação da prata nesse composto é +1 ( $NOx = + 1$ ).

Observação: Outra análise que poderia ser utilizada é observar que o íon sulfeto ( $S^{2 -}$ ) apresenta número de oxidação -2, sendo assim, os dois cátions de prata devem compensar tal carga implicando que cada um apresentará carga +1.

b) O clareamento da prata, ou seja, sua redução ocorre em decorrência da disponibilidade de alumínio metálico, o qual sofre oxidação (reação inversa da primeira semirreação apresentada). Assim, balanceando as semirreações de modo a igualar as quantidades de elétrons cedidos e recebidos, tem-se:

$A l_{(s)} ⇌ A {l^{3 +}}_{(a q)} + 3 e^{-} (x2) A g_{2} S_{(s)} + 2 e^{-} ⇌ 2 A g_{(s)} + {S^{2 -}}_{(a q)} (x3)$

portanto, somando as semirreações, tem-se:

$2 A l_{(s)} ⇌ 2 A {l^{3 +}}_{(a q)} + 6 e^{-} 3 A g_{2} S_{(s)} + 6 e^{-} ⇌ 6 A g_{(s)} + {3 S^{2 -}}_{(a q)}^{______________________________________________________} 2 A l_{(s)} + 3 A g_{2} S_{(s)} ⇌ 2 A {l^{3 +}}_{(a q)} + 6 A g_{(s)} + {3 S^{2 -}}_{(a q)}$

A diferença de potencial ( $∆ E °$ ) da reação é dada por:

$∆ E ° = E °_{o x i d a ç ã o} + E °_{r e d u ç ã o} ∆ E ° = + 1, 66 + (- 0, 69) ∆ E ° = + 0, 97 V$

Observação: Para qualquer semirreação, temos que $E_{o x i d a ç ã o}^{o} = - E_{r e d u ç ã o}^{o}$ . Desse modo, o potencial de oxidação do alumínio ( $E_{o x i d . (A ℓ / A ℓ^{3 +})}^{o}$ ) utilizado na equação foi: $E_{o x i d a ç ã o}^{o} = - E_{r e d u ç ã o}^{o} = - (- 1, 66 V) = + 1, 66 V$ .

c) A semirreação de redução que envolve o íon fluoreto é dada por:

$F_{2 (g)} + 2 e^{-} ⇌ 2 {F^{-}}_{(a q)} E ° = + 2, 87 V$

Para contribuir com o clareamento (redução) da prata, o flúor teria de sofrer oxidação. Assim, a equação global seria dada por:

$2 {F^{-}}_{(a q)} ⇌ F_{2 (g)} + 2 e^{-} A g_{2} S_{(s)} + 2 e^{-} ⇌ 2 A g_{(s)} + {S^{2 -}}_{(a q)}_______________________________________2 {F^{-}}_{(a q)} + A g_{2} S_{(s)} ⇌ F_{2 (g)} + 2 A g_{(s)} + {S^{2 -}}_{(a q)}$

A diferença de potencial ( $∆ E °$ ) para a reação global obtida é dada por:

$∆ E ° = E °_{o x i d a ç ã o} + E °_{r e d u ç ã o} ∆ E ° = - 2, 87 + (- 0, 69) ∆ E ° = - 3, 56 V$

Assim, como a diferença de potencial é negativa, isso signifca que a transformação não é espontânea, ou seja, é necessário um estímulo elétrico para que a reação ocorra. Dessa forma, conclui-se que a presença de fluoreto na pasta de dente não contribui para o clareamento da prata.