Para realizar o desentupimento de tubulações de esgotos residenciais, é utilizada uma mistura sólida comercial que contém hidróxido de sódio (NaOH) e outra espécie química pulverizada. Quando é adicionada água a essa mistura, ocorre uma reação que libera gás hidrogênio e energia na forma de calor, aumentando a eficiência do processo de desentupimento. Considere os potenciais padrão de redução (Eo) da água e de outras espécies em meio básico, expressos no quadro.
Qual é a outra espécie que está presente na composição da mistura sólida comercial para aumentar sua eficiência?
A) Al
B) Co
C) Cu(OH)2
D) Fe(OH)2
E) Pb
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Eletroquímica, Pilhas e Potenciais de Redução
Nível da Questão: Médio
Gabarito: Alternativa A (Al)
🔹 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Comando da Questão:
“Qual é a outra espécie que está presente na composição da mistura sólida comercial para aumentar sua eficiência?”
Palavras-chave:
- Desentupimento de tubulações
- Reação química
- Liberação de gás hidrogênio
- Potenciais padrão de redução
📌 Objetivo:
A questão pede para identificar qual substância presente na mistura sólida comercial favorece a liberação de gás hidrogênio (H₂) no processo de desentupimento. Para isso, devemos determinar qual metal na tabela tem maior tendência a oxidar-se, pois será o responsável por fornecer elétrons para a redução da água.
⚠️ Dica Geral: Sempre que a questão envolver reações eletroquímicas, fique atento aos potenciais padrão de redução para determinar qual espécie sofre oxidação e qual sofre redução!
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
Oxidação e Redução:
- Oxidação: Processo em que um elemento perde elétrons.
- Redução: Processo em que um elemento ganha elétrons.
- Regra Geral: O metal que tem maior potencial de oxidação será aquele que se oxida primeiro e, portanto, fornece elétrons para a redução da água.
Potencial Padrão de Redução:
- Os potenciais de redução indicam a facilidade com que uma substância ganha elétrons (reduz).
- Para encontrar o potencial de oxidação, basta inverter o sinal do potencial de redução.
- O metal com maior potencial de oxidação será o agente redutor mais forte.
Reação de Interesse:
A questão menciona que a reação resulta na formação de gás hidrogênio (H₂). A reação correspondente é:
O objetivo é encontrar qual metal pode doar elétrons para essa reação acontecer.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
Trechos-chave do enunciado:
- “Quando é adicionada água a essa mistura, ocorre uma reação que libera gás hidrogênio e energia na forma de calor.”
- Isso indica um processo de oxidação e redução simultâneo.
- “Considere os potenciais padrão de redução (E°) da água e de outras espécies em meio básico.”
- Precisamos analisar os valores fornecidos na tabela para descobrir qual elemento tem maior tendência a oxidar-se.
📌 Interpretação:
- A água sofrerá redução para formar gás hidrogênio.
- O metal adicionado deve sofrer oxidação, ou seja, precisa ter o maior potencial de oxidação.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
Etapa 1: Identificar a espécie que sofrerá oxidação
Para determinar qual metal será oxidado, precisamos inverter os valores dos potenciais de redução da tabela.
E° oxidação =−É redução
| Espécie | Reação de Redução | E° de Redução (V) | E° de Oxidação (V) |
|---|---|---|---|
| Al(OH)₄⁻ + 3e⁻ → Al + 4OH⁻ | -2,33 | +2,33 | |
| Fe(OH)₂ + 2e⁻ → Fe + 2OH⁻ | -0,88 | +0,88 | |
| Co(OH)₂ + 2e⁻ → Co + 2OH⁻ | -0,73 | +0,73 | |
| PbO + H₂O + 2e⁻ → Pb + 2OH⁻ | -0,58 | +0,58 | |
| Cu(OH)₂ + 2e⁻ → Cu + 2OH⁻ | -0,22 | +0,22 |
Etapa 2: Escolher a espécie com maior potencial de oxidação
- Alumínio (Al) tem o maior potencial de oxidação (+2,33 V).
- Isso significa que ele tem maior tendência a doar elétrons, favorecendo a redução da água para formar H₂.
📌 Conclusão do cálculo:
A espécie que está presente na mistura sólida comercial para aumentar a eficiência do desentupimento é o alumínio (Al).
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
✅ Alternativa A – Al (Correta) ✅
- O Alumínio (Al) apresenta o maior potencial de oxidação (+2,33 V), ou seja, tem maior tendência a perder elétrons.
- Isso faz com que ele seja o agente redutor mais forte, promovendo a redução da água e a formação do gás hidrogênio (H₂).
❌ Alternativa B – Co (Errada) ❌
- O Cobalto (Co) tem um potencial de oxidação de apenas +0,73 V.
- Ele não tem tendência suficiente para oxidar-se no meio e doar elétrons para a reação.
❌ Alternativa C – Cu(OH)₂ (Errada) ❌
- O Cobre (Cu) tem um potencial de oxidação muito baixo (+0,22 V).
- Ele tem pouca tendência de perder elétrons, tornando-o ineficiente no processo de desentupimento.
❌ Alternativa D – Fe(OH)₂ (Errada) ❌
- O Ferro (Fe) tem um potencial de oxidação de +0,88 V, maior que o Co e Cu, mas ainda muito menor que o Al.
- Ele até poderia reagir, mas seria muito menos eficiente do que o alumínio.
❌ Alternativa E – Pb (Errada) ❌
- O Chumbo (Pb) tem um potencial de oxidação de apenas +0,58 V.
- Ele é um metal relativamente pouco reativo, sendo pouco útil para esse processo.
⚠️ Dica Geral: Quando precisar encontrar o melhor agente redutor (quem se oxida), escolha o metal com maior potencial de oxidação (mais positivo).
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Conclusão:
O alumínio (Al) é a melhor opção para a composição da mistura sólida comercial porque tem o maior potencial de oxidação (+2,33 V), tornando-se o melhor agente redutor para a liberação de H₂.
🔍 Resumo Final:
- A reação de desentupimento envolve redução da água para formar H₂.
- O metal na mistura deve sofrer oxidação, ou seja, ter alto potencial de oxidação.
- O Alumínio (Al) tem o maior potencial de oxidação da tabela, tornando-se o melhor elemento para o processo.
- ✅ Alternativa correta: A (Al).
