Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 47 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

2.31 Células de oxidação-redução

solução de sulfato de cobre. As duas soluções são separadas, mantendo-se

uma delas em um vaso poroso e a outra em um vaso externo. A célula assim

construída pode ser representada por

 

Zn | ZnSO (aq) CuSO (aq) | Cu

 

No eletrodo de zinco, íons zinco passam para a solução deixando carga

negativa equivalente no metal. Simultaneamente, íons cobre se depositam

no eletrodo de cobre, tornando-o positivo. Quando o circuito externo se

fecha, a corrente (elétrons) passa do zinco para o cobre. A reação na célula

pode ser descrita como

 

eletrodo de zinco Zn 2+ Zn + 2e

 

eletrodo de cobre Cu2+ + 2e Cu

 

A reação química total é

 

Zn + Cu2+ 2+ Zn + Cu

 

A diferença de potencial em cada eletrodo pode ser calculada por essa

fórmula, e a f.e.m. da célula é a diferença algébrica entre os dois potenciais,

levando em conta os sinais de cada um.

A título de exemplo, podemos calcular a f.e.m. da célula de Daniell em

que as concentrações dos íons zinco(II) e cobre(II) são iguais a 1 M:

 

Desprezamos no cálculo a pequena diferença de potencial produzida pelo

contato entre as duas soluções (o chamado potencial de junção líquida).

 

2.31 Células de oxidação–redução

 

A redução é acompanhada pelo ganho de elétrons e a oxidação pela perda

de elétrons. Um sistema contendo um oxidante e o produto de sua redução está em equilíbrio com os elétrons envolvidos. Se um eletrodo inerte, como

platina, é colocado em um sistema redox, íons Fe(III) e Fe(II), por exemplo,

ele assume um potencial definido que indica a posição de equilíbrio. Se o

sistema tende a agir como um oxidante (Fe3+ 2+ → Fe), ele retira elétrons da

platina, deixando-a com carga positiva. Porém, se o sistema age como um

redutor (Fe2+ 3+ → Fe), então elétrons passam para o metal, deixando-o com

carga negativa. A magnitude do potencial mede, portanto, as propriedades

de oxidação ou redução do sistema.

Para obter valores comparáveis das “forças” dos agentes de oxidação,

como fizemos para os potenciais de eletrodo dos metais, é necessário medir

a diferença de potencial entre a platina e a solução em relação a um padrão

e em condições experimentais padronizadas. O padrão primário é o eletrodo

padrão (ou normal) de hidrogênio (Seção 2.28) e seu potencial é tomado

como zero. As condições experimentais padrões para o sistema redox são

aquelas em que a razão entre a atividade do oxidante e a atividade do

redutor é igual a um. Assim, para o eletrodo Fe 3+ 2+ – Fe, a célula redox será

 

O potencial medido desta maneira é chamado potencial padrão de

redução. A Tabela 2.6 dá uma seleção de potenciais padrões de redução.

Os potenciais padrões permitem prever que íons oxidam ou reduzem

outros íons quando a atividade (ou a concentração molar) dos íons é igual a

um. Os oxidantes mais fortes estão na parte superior e os redutores mais

fortes estão na parte inferior da tabela. Assim, o íon permanganato pode

oxidar Cl – – – 2+ 4– 3+ – , Br , I , Fe e [Fe(CN) ] . Já Fe pode oxidar H AsO e I, mas

6 3 3

não Cr – ou Cl. Observe que, para muitos oxidantes, o pH do meio é

2

muito importante, uma vez que eles são geralmente usados em meio ácido.

Assim, na medida do potencial padrão do sistema

é necessário

estabelecer que a atividade do íon hidrogênio é igual a um. Isso leva a =

+ 1,52 V. , no caso do sistema Cr 3+ –Cr, é + 1,33 V. Isso significa que

2

o sistema 2+ 3+ –Mn é um oxidante melhor do que o sistema Cr –Cr.

2

Como os potenciais padrões dos sistemas Cl – 3+ 2+ –2Cl e Fe –Fe são + 1,36 e

2

0,77 V, respectivamente, permanganato e dicromato oxidam o íon Fe(II),

mas só o permanganato oxida íons cloreto. Isso explica por que se utiliza

dicromato e não permanganato (exceto em condições muito especiais) na

titulação de Fe(II) em ácido clorídrico. Os potenciais padrões não dão

informações sobre a cinética da reação. Algumas vezes é necessário usar

um catalisador para fazer com que a reação tenha uma velocidade razoável.

Os potenciais padrões são determinados levando-se em conta as

atividades e são valores limites. Eles são raras vezes observados

diretamente em uma titulação potenciométrica. Na prática, os potenciais

determinados em condições de concentração definidas (potenciais formais)

são muito úteis na predição de processos redox. Mais detalhes são dados na

Seção 10.127.

 

Tabela 2.6 Potenciais padrões de redução em 25°C

 

Meia-reação (V)

 

F – + 2e 2F +2,65

2

 

+2,01

 

Co 3+ 2+ + e Co +1,82

 

Pb4+ 2+ + 2e Pb +1,70

 

+1,69

 

Ce4+ 3+ + e Ce (meio nitrato) +1,61

 

+1,52

+1,52

 

Ce4+ 3+ + e Ce (meio sulfato) +1,44

 

Cl – + 2e 2Cl +1,36

2

 

+1,33

 

Tl3+ + + 2e Tl +1.25

 

MnO + 2+ + 4H + 2e Mn + 2H O +1,23

2 2

 

O + + 4H + 4e 2H O +1,23

2 2

 

+1,20

 

Br – + 2e 2Br +1,07

2

 

HNO + + H + e NO + H O +1,00

2 2

 

+0,96

 

+0,92

 

CIO– – – + H O + 2e CI + 2OH +0,89

2

 

Cu2+ – + l + e Cul +0,86

+0,79

 

Fe3+ 2+ + e Fe +0,77

 

BrO– – – + H O + 2e Br + 2OH +0,76

2

 

+0,61

 

+0,60

 

+0,56

 

H + AsO + 2H +2e H AsO + H O +0,56

3 4 3 3 2

 

Cu2+ – + CI +e CuCI +0,54

 

l – + 2e 2I +0,54

2

 

IO – – – + H O + 2e l + 2OH +0,49

2

 

[Fe(CN 3– 4– )] + e [Fe(CN) ] +0,36

6 6

 

+0,33

 

+0,26

 

Cu2+ + + e Cu +0,15