Questão Q05 da 2ª fase da FUVEST 2023

Question

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:

\ce{4Ag(s) + O2(g) + 2S^2-(aq) + 4H+(aq) -> 2Ag2S(s) + 2H2O(\ell)}

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

Adicionar uma solução aquecida de água, sal de cozinha e bicarbonato de sódio em um recipiente forrado internamente com papel alumínio;
Adicionar o objeto de prata no recipiente com a solução e deixar reagir por 3 minutos;
Retirar o objeto de prata, lavar com água em abundância e secar.

Considerando que os potenciais padrão de redução do \ce{A\ell^{3+}} e do \ce{Ag2S} são:

\begin{aligned} &\ce{A\ell^3+(aq) + 3e- <=> A\ell(s)} & \text{E}^\circ &= -1{,}66\text{ V} \\ &\ce{Ag2S(s) + 2e- <=> 2Ag(s) + S^2-(aq)} & \text{E}^\circ &= -0{,}69\text{ V} \end{aligned}

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\text{ V}, a presença de fluoreto contribui para a limpeza da prata? Justifique com base no potencial da reação global.

Answer 1

Questão Q05 da 2ª fase da FUVEST 2023

2º dia · Química

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:

\ce{4Ag(s) + O2(g) + 2S^2-(aq) + 4H+(aq) -> 2Ag2S(s) + 2H2O(\ell)}

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

Adicionar uma solução aquecida de água, sal de cozinha e bicarbonato de sódio em um recipiente forrado internamente com papel alumínio;
Adicionar o objeto de prata no recipiente com a solução e deixar reagir por 3 minutos;
Retirar o objeto de prata, lavar com água em abundância e secar.

Considerando que os potenciais padrão de redução do \ce{A\ell^{3+}} e do \ce{Ag2S} são:

\begin{aligned} &\ce{A\ell^3+(aq) + 3e- <=> A\ell(s)} & \text{E}^\circ &= -1{,}66\text{ V} \\ &\ce{Ag2S(s) + 2e- <=> 2Ag(s) + S^2-(aq)} & \text{E}^\circ &= -0{,}69\text{ V} \end{aligned}

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\text{ V}, a presença de fluoreto contribui para a limpeza da prata? Justifique com base no potencial da reação global.

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Resolução comentada

Resposta esperada pela FUVEST

a)

Número de oxidação
Antes do escurecimento	Depois do escurecimento
0	+1

b) Equação global balanceada da reação de clareamento da prata:

\ce{2 Al(s) + 3 Ag2S(s) -> 2 Al^{3+}(aq) + 3 S^{2-}(aq) + 6 Ag(s)}

Diferença de potencial: E^\circ = + 1{,}66 - 0{,}69 = + 0{,}97\ \text{V}

c) A presença de fluoreto não contribui para a limpeza da prata, pois o potencial da reação global de redução do \ce{Ag2S} com \ce{F-} é negativo, o que significa que ela não é espontânea.

\ce{Ag2S(s) + 2 F-(aq) -> 2 Ag(s) + S^{2-}(aq) + F2(g)}

E^\circ = -2{,}87 - 0{,}69 = -3{,}56\ \text{V}

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Publicada pela banca.

Resolução comentada

a) O número de oxidação (Nox) da prata metálica, \ce{Ag(s)}, é 0, porque é uma substância simples. No sulfeto de prata, \ce{Ag2S}, o enxofre está como \ce{S^2-} (Nox -2). Como o composto é neutro, os dois átomos de prata somam +2, ou seja, cada um tem Nox +1.

	Nox da Ag
Antes do escurecimento (\ce{Ag})	0
Depois (\ce{Ag2S})	+1

Antes: 0; depois (no \ce{Ag2S}): +1.

b) Na reação de clareamento, o \ce{Ag2S} deve ser reduzido a \ce{Ag}. Isso só acontece com a espécie de menor potencial de redução funcionando como redutor: o alumínio (-1{,}66\ \text{V}) é oxidado e o \ce{Ag2S} (-0{,}69\ \text{V}) é reduzido.

Oxidação: \ce{Al -> Al^3+ + 3e-} (multiplicada por 2, para 6 elétrons).
Redução: \ce{Ag2S + 2e- -> 2Ag + S^2-} (multiplicada por 3, para 6 elétrons).
Soma:

\ce{2Al(s) + 3Ag2S(s) -> 2Al^3+(aq) + 6Ag(s) + 3S^2-(aq)}

Diferença de potencial:

\Delta E^\circ = E^\circ_{\text{maior}} - E^\circ_{\text{menor}} = -0{,}69 - (-1{,}66) = +0{,}97\ \text{V}

Como \Delta E^\circ > 0, a reação é espontânea.

Equação global: \ce{2Al + 3Ag2S -> 2Al^3+ + 6Ag + 3S^2-}; \Delta E^\circ = +0{,}97\ \text{V}.

c) Para o fluoreto atuar quimicamente, teria de reduzir o \ce{Ag2S}. Para isso o \ce{F-} seria oxidado a \ce{F2}, a reação inversa da semirreação dada. O \ce{Ag2S} seria o oxidante, com E^\circ = -0{,}69\ \text{V}, e o \ce{F-} seria o redutor, com E^\circ = +2{,}87\ \text{V} para \ce{F2/F-}:

\Delta E^\circ = -0{,}69 - (+2{,}87) = -3{,}56\ \text{V}

O valor é negativo, então a reação não é espontânea. O fluoreto é um redutor muito fraco, pois o \ce{F2} é um oxidante fortíssimo. Portanto, ele não restitui a prata por reação química. A pasta de dente limpa apenas pela ação abrasiva (física), que remove a camada de \ce{Ag2S}.

Não: com \Delta E^\circ = -3{,}56\ \text{V} a reação não é espontânea, e o fluoreto não contribui quimicamente; a limpeza é só por abrasão.

Assuntos: eletroquímica, potencial padrão de redução, número de oxidação.

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