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 ao 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.
Ag₂S (s) + 2 e⁻ → 2 Ag (s) + S²⁻ (aq) -0,69 V
O₂ (g) + 4 H⁺ (aq) + 4 e⁻ → 2 H₂O (l) +1,23 V
Al³⁺ (aq) + 3 e⁻ → Al (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 +0,99 V.
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 Em Texto
- Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Eletroquímica (Reações de Oxirredução, Potencial Padrão de Redução)
- Eletroquímica (Cálculo de Diferença de Potencial – DDP ou ΔE°)
- Tema/Objetivo Geral: Calcular a DDP de duas pilhas espontâneas distintas (escurecimento e clareamento da prata), identificando corretamente o cátodo (redução) e o ânodo (oxidação) em cada processo.
- Nível da Questão: Difícil.
- A questão é duplamente desafiadora. Primeiro, ela exige o cálculo de DDP para dois processos separados. Segundo, e mais crucial, a reação de escurecimento não é dada explicitamente. O candidato precisa inferir que o agente oxidante que reage com a prata para formar o sulfeto é o oxigênio do ar. Sem essa inferência, o primeiro cálculo se torna impossível.
- Gabarito: B
- A alternativa está correta. No escurecimento, a Prata (Ag) oxida e o Oxigênio (O₂) reduz, resultando em ΔE° = 1,23 – (-0,69) = +1,92 V (invertendo a semirreação da prata). No clareamento, o Alumínio (Al) oxida e o Sulfeto de Prata (Ag₂S) reduz, resultando em ΔE° = -0,69 – (-1,68) = +0,99 V.
PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
Decodificação do Objetivo: A missão é dupla:
- Calcular a DDP do Escurecimento: Qual é a voltagem da “pilha” espontânea que faz a prata enferrujar (virar sulfeto de prata)?
- Calcular a DDP do Clareamento: Qual é a voltagem da “pilha” espontânea que limpa a prata, usando o papel alumínio?
Simplificação Radical (A Analogia Central): Pense em cada reação como uma queda d’água. A “diferença de potencial” (DDP) é a altura da cachoeira. Uma cachoeira alta (DDP positiva e grande) significa uma reação muito espontânea e forte. Temos duas cachoeiras: a “cachoeira da sujeira” (escurecimento) e a “cachoeira da limpeza”. Nossa tarefa é calcular a altura de cada uma delas.
Plano de Ataque (O Roteiro da Investigação):
- Revisar a Lei da Queda D’água: Vamos primeiro lembrar a fórmula para calcular a altura da cachoeira (a DDP).
- Investigar o Escurecimento: Identificaremos quem “cai” (reduz) e quem é “jogado para cima” (oxida) no processo de escurecimento para calcular a primeira DDP.
- Investigar o Clareamento: Faremos o mesmo para o processo de limpeza, identificando o oxidante e o redutor.
- Apresentar os Resultados: Concluiremos com os dois valores de DDP calculados.
PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Para este caso, a ferramenta principal é a Equação da Diferença de Potencial Padrão (ΔE°).
DOSSIÊ: CÁLCULO DA DDP (ALTURA DA CACHOEIRA)
- A Regra Fundamental: Em uma pilha (reação espontânea), quem tem o maior potencial de redução (maior E°), de fato reduz (ocorre no cátodo). Quem tem o menor potencial de redução, é forçado a oxidar (ocorre no ânodo).
- A Fórmula:
ΔE° = E°(maior) – E°(menor)
OU
ΔE° = E°(reduz) – E°(oxida)
OU
ΔE° = E°(cátodo) – E°(ânodo) - A Pista Crucial: A reação de oxidação é sempre o inverso da reação de redução mostrada na lista. Ao inverter a reação, o sinal do potencial também se inverte. Outra forma de calcular é ΔE° = E°(redução) + E°(oxidação).
PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Agora, vamos aplicar nossa fórmula aos dois processos.
INVESTIGAÇÃO 1: O ESCURECIMENTO
- O Crime: A prata (Ag) se transforma em sulfeto de prata (Ag₂S). Olhando a primeira semirreação, vemos que isso é o inverso do que está escrito. Portanto, a prata está oxidando.
- 2 Ag(s) + S²⁻(aq) → Ag₂S(s) + 2e⁻ (Potencial de oxidação = +0,69 V)
- O Cúmplice (A Pista Oculta): Quem está reduzindo? A prata escurece em contato com o ar. O agente oxidante do ar é o **Oxigênio (O₂) **. Portanto, o O₂ está reduzindo.
- Comparando os Potenciais de Redução:
- E°(Ag₂S/Ag) = -0,69 V
- E°(O₂/H₂O) = +1,23 V
- Cálculo da DDP:
- ΔE° = E°(maior) – E°(menor)
- ΔE° = (+1,23) – (-0,69) = 1,23 + 0,69 = +1,92 V
INVESTIGAÇÃO 2: O CLAREAMENTO
- O Método: O objeto de Ag₂S é colocado em contato com papel alumínio (Al).
- Quem Reduz? O objetivo é reverter o escurecimento. Queremos que o Ag₂S volte a ser Ag. A primeira semirreação mostra exatamente isso. Então, o Ag₂S está reduzindo.
- Quem Oxida? O outro metal em contato, o Alumínio (Al), será forçado a oxidar.
- Comparando os Potenciais de Redução:
- E°(Ag₂S/Ag) = -0,69 V
- E°(Al³⁺/Al) = -1,68 V
- Cálculo da DDP:
- ΔE° = E°(maior) – E°(menor)
- ΔE° = (-0,69) – (-1,68) = -0,69 + 1,68 = +0,99 V
Conclusão da Investigação: A DDP do escurecimento é +1,92 V e a do clareamento é +0,99 V.
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! A principal armadilha é não identificar o Oxigênio como o agente oxidante no processo de escurecimento. Sem ele, o cálculo não pode ser feito. A segunda armadilha é a confusão de sinais no cálculo da DDP, especialmente ao subtrair números negativos. É crucial ter cuidado: (maior) – (menor). No segundo caso, -0,69 é maior que -1,68.
A Bússola (O Perfil do Culpado):
- Síntese do raciocínio: A investigação e os cálculos revelaram que as DDPs para o escurecimento (Ag/O₂) e para o clareamento (Ag₂S/Al) são, respectivamente, +1,92 V e +0,99 V.
- Expectativa: A alternativa correta deve conter esses dois valores, nessa ordem.
PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
Vamos agora interrogar cada um dos suspeitos.
- A) +0,54 V e +2,37 V.
- A “Narrativa do Erro”: Uma série de erros de cálculo ou na identificação dos pares redox. O valor de 2,37 V vem de 1,68 + 0,69, somando os módulos dos potenciais do clareamento, o que está errado.
- O “Diagnóstico do Erro”: Erro de Cálculo e/ou Conceitual. Os valores não correspondem à aplicação correta da fórmula de DDP para os pares envolvidos.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
- B) +1,92 V e +0,99 V.
- Análise de Correspondência: Esta alternativa é o retrato falado da nossa Bússola. Apresenta os dois valores exatos que calculamos para o processo de escurecimento e de clareamento, respectivamente.
- Conclusão: 🟢 Alternativa correta.
- C) –0,15 V e +5,43 V.
- A “Narrativa do Erro”: Erros graves de cálculo. O valor de -0,15 V pode vir de uma combinação errada de 1,23 – 1,68 +…
- O “Diagnóstico do Erro”: Erro de Cálculo e/ou Conceitual. Os valores são inconsistentes com qualquer cálculo lógico baseado nos dados.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
- D) +2,61 V e +1,29 V.
- A “Narrativa do Erro”: Mais erros de cálculo. O valor 1,29 V pode vir de 0,69 + 1,23 – 0,69, uma confusão.
- O “Diagnóstico do Erro”: Erro de Cálculo e/ou Conceitual.
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
- E) +0,15 V e –1,29 V.
- A “Narrativa do Erro”: A presença de um valor negativo para a DDP do clareamento indica que o candidato inverteu o papel do ânodo e do cátodo, sugerindo uma reação não espontânea.
- O “Diagnóstico do Erro”: Erro Conceitual (Espontaneidade). Um ΔE° negativo indicaria que a limpeza não acontece sozinha, o que contradiz a descrição do método. O erro vem de calcular E°(menor) – E°(maior).
- Conclusão: 🔴 Alternativa incorreta.
PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
Frase de Fechamento: Confirmamos que a alternativa B é a correta. Este caso demonstra elegantemente o poder da eletroquímica: a mesma força (diferença de potencial) que causa um problema (o escurecimento) pode ser revertida e usada como solução (o clareamento), bastando escolher um “parceiro de dança” (o alumínio) com um potencial ainda menor.
Resumo-flash (A Imagem Mental): Para limpar a prata, você a coloca junto de um metal mais “sacrificável” (o alumínio), que prefere “enferrujar” no lugar dela.
Para ir Além (A Ponte para o Futuro): O mesmo princípio de usar um metal de sacrifício (um metal com menor potencial de redução que se oxida preferencialmente) é a base da proteção catódica, uma técnica amplamente utilizada na Engenharia Civil e Naval. Para proteger grandes estruturas de aço (como cascos de navios, pontes ou oleodutos) da corrosão (ferrugem), blocos de metais mais reativos, como zinco (Zn) ou magnésio (Mg), são soldados a elas. Como o zinco tem um potencial de redução menor que o do ferro, ele se oxida (“enferruja”) no lugar do aço, protegendo a estrutura principal. A limpeza da prata com alumínio é uma demonstração em miniatura do mesmo princípio que protege um superpetroleiro no oceano.