Árvore de Prata

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Universidade Federal de Santa Maria
Departamento de F´ısica
Princ´ıpios de F´ısico Qu´ımica ”A”
A´rvore de Prata
Autores:
Amanda Furlin Renosto
Denilson Bona Junior
Maira Geane Brenner
Conteu´do
1 Introduc¸a˜o 1
2 Referencial Teo´rico 1
3 O Experimento da A´rvore de Prata 2
3.1 Materiais Utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3.2 Procedimento Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.3 Discussa˜o dos Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4 Conclusa˜o 8
5 Referencial Bibliogra´fico 8
1 Introduc¸a˜o
A oxirreduc¸a˜o e´ um fenoˆmeno qu´ımico que consiste na troca de ele´trons
entre espe´cies qu´ımicas. Para poder visualizar e compreender este fenoˆmeno
de forma simples, foi montado um experimento chamado A´rvore de Prata.
O experimento consiste na observac¸a˜o da formac¸a˜o de cristais de prata sobre
um fio de cobre mergulhado em uma soluc¸a˜o.
2 Referencial Teo´rico
As reac¸o˜es de oxirreduc¸a˜o (tambe´m chamada de redox) ocorrem quando
ha´ uma transfereˆncia de ele´trons, consistindo nos processos de oxidac¸a˜o e
reduc¸a˜o entre as espe´cies qu´ımicas envolvidas e a mudanc¸a no seu nu´mero
de oxidac¸a˜o (nox). Ou seja, tratam da migrac¸a˜o de ele´trons de uma espe´cie
para a outra.
A oxidac¸a˜o resulta na perda de ele´trons por parte de um a´tomo de uma
espe´cie qu´ımica, enquanto que a reduc¸a˜o resulta no ganho de ele´trons. As-
sim, durante uma reac¸a˜o de oxirreduc¸a˜o, os ele´trons transitam da espe´cie que
os perde em direc¸a˜o a` espe´cie que vai recebeˆ-los, o que resulta na formac¸a˜o
de uma corrente ele´trica (energia ele´trica). Alguns exemplos de reac¸o˜es de
oxirreduc¸a˜o sa˜o as que ocorrem nas pilhas, na fotoss´ıntese, na revelac¸a˜o fo-
togra´fica e na formac¸a˜o da ferrugem.
Em uma das etapas da formac¸a˜o da ferrugem, o ferro so´lido e´ oxidado
pelo ar u´mido (O2 +H2O), podendo-se escrever a reac¸a˜o da seguinte forma:
Semirreac¸a˜o de oxidac¸a˜o: 2Fe(s) → 2Fe2+(s) + 4e−
Semirreac¸a˜o de reduc¸a˜o: O2(g) + 2H2O(l) + 4e
− → 4OH−(aq)
Reac¸a˜o global: 2Fe(s) + O2(g) + 2H2O(l) → 2Fe(OH)2(s)
No caso acima, e´ o ferro que esta´ oxidando e perdendo ele´trons, enquanto
que o oxigeˆnio esta´ reduzindo e, consequentemente, ganhando ele´trons. A
espe´cie qu´ımica que sofre o fenoˆmeno da oxidac¸a˜o e´ chamada de agente redu-
tor, pois provoca a reduc¸a˜o da outra espe´cie. Da mesma forma, quem sofre
o fenoˆmeno da reduc¸a˜o e´ chamada de agente oxidante.
Para se determinar qual agente e´ o oxidante e qual e´ o redutor, basta
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identificar se ha´ alguma variac¸a˜o no nu´mero de oxidac¸a˜o (NOX), olhando a
quantidade de ele´trons perdidos ou recebidos entre os a´tomos das espe´cies
qu´ımicas envolvidas na reac¸a˜o. Se houver diminuic¸a˜o do NOX, a espe´cie
sofreu reduc¸a˜o, sendo o agente oxidante, caso contra´rio, se houver aumento,
sofreu uma oxidac¸a˜o, sendo o agente redutor.
Abaixo, podemos ver a variac¸a˜o do NOX dos a´tomos de Ferro e do ga´s
Cloro:
Figura 1: NOX dos componentes de uma equac¸a˜o qu´ımica de oxirreduc¸a˜o
Na equac¸a˜o qu´ımica, podemos ver que o Ferro (Fe) sofreu oxidac¸a˜o por
que o seu NOX aumentou de 0 para +3 do reagente para o produto, enquanto
que o ga´s Cloro (Cl2), por ser mais eletronegativo sofreu reduc¸a˜o, pois seu
NOX diminuiu de 0 para −1 do reagente para o produto.
3 O Experimento da A´rvore de Prata
3.1 Materiais Utilizados
Foram utilizados neste experimento os seguintes itens:
• soluc¸a˜o de a´gua e nitrato de prata;
• fio de cobre;
• um be´quer;
• uma lixa.
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3.2 Procedimento Experimental
Inicialmente, preparamos aproximadamente 500ml de uma soluc¸a˜o de
a´gua com nitrato de prata dentro de um be´quer. A soluc¸a˜o foi misturada ate´
que todo o nitrado de prata estivesse dissolvido na a´gua.
Figura 2: Preparo da soluc¸a˜o
Fonte: do autor
Em paralelo, lixamos um fio comprido de cobre para remover qualquer
camada oxidada e que pudesse atrapalhar a reac¸a˜o. Em seguida este fio foi
moldado da maneira desejada e por fim foi limpado com um algoda˜o molhado
em a´lcool.
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Figura 3: Moldando o fio de cobre
Fonte: do autor
O fio moldado foi inserido dentro do be´quer. A seguir, podemos observar
o depo´sito da prata sobre o fio de cobre com o passar do tempo:
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Figura 4: Fio dentro da soluc¸a˜o
Fonte: do autor
Apo´s aproximadamente cinco dias, uma grande quantidade de prata ja´
havia depositado sobre o fio. Nota-se tambe´m que a soluc¸a˜o adquiriu um
tom azulado. O resultado pode ser observado na imagem abaixo:
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Figura 5: Prata depositada no fio apo´s 5 dias
Fonte: do autor
3.3 Discussa˜o dos Resultados
O experimento ocorre da seguinte forma:
A soluc¸a˜o l´ıquida incolor sera´ formada pela dissociac¸a˜o do nitrato de prata
(AgNO3) em a´gua, o nitrato por ser um sal quando entra em contato com a
a´gua, dissocia-se no ca´tion de prata (Ag+), com NOX mais um, e no aˆnion
nitrato (NO−3 ) com NOX menos um, ambos aquosos. E o fio de cobre que
constitui a a´rvore esta´ na forma de cobre meta´lico (Cu0), cobre com nu´mero
de oxidac¸a˜o zero.
O ca´tion de prata (Ag+) e o cobre meta´lico (Cu0) ao interagirem sofrera˜o
uma oxirreduc¸a˜o.
O cobre presente no fio oxidara´, ou seja, aumentara´ o seu nu´mero de
oxidac¸a˜o e passara´ de Cu0 (cobre so´lido), para o ı´on de cobre mais dois
(Cu2+), este cobre saira´ do fio e se juntara´ a` soluc¸a˜o passando a ser aquoso
e tornando a soluc¸a˜o gradativamente mais azulada devido a sua presenc¸a.
Para que isso ocorra o cobre perde ele´trons. Seguindo a semirreac¸a˜o abaixo:
Semirreac¸a˜o de oxidac¸a˜o: Cu0(s) → Cu2+(aq) + 2e− E0RED = −0, 34V
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Os ele´trons perdidos pelo cobre sera˜o cedidos para a prata que esta´ em
soluc¸a˜o, desta forma, o ca´tion de prata (Ag+) ao ganhar ele´trons, sofre uma
reduc¸a˜o, reduzindo seu nu´mero de oxidac¸a˜o, de mais um para zero, tornando-
se prata meta´lica (Ag0) que podera´ ser vista em crescente depo´sito sobre a
a´rvore. Segue abaixo a semirreac¸a˜o de reduc¸a˜o da prata:
Semirreac¸a˜o de reduc¸a˜o: 2Ag+(aq) + 2e
− → 2Ag0(s)E0RED = +0, 80V
As semi reac¸o˜es tanto de reduc¸a˜o como de oxidac¸a˜o informam os poten-
ciais padra˜o de reduc¸a˜o (E0RED), pode-se perceber que o maior potencial de
reduc¸a˜o esta´ na reac¸a˜o da prata, reafirmando o fato de ela sofrer a reduc¸a˜o,
e do cobre sofrer a oxidac¸a˜o por possuir menor potencial padra˜o de reduc¸a˜o.
O depo´sito da prata sobre o fio de cobre ocorre pois, tanto a prata so´lida
como o cobre so´lido sa˜o metais e possuem ele´trons livres, logo sa˜o condutores.
Assim, quando um ca´tion de prata (Ag+) se aproxima da prata so´lida (Ag0)
que esta´ cobrindo o fio de cobre, esse ca´tion atrai um dos ele´trons livres do
sistema prata-cobre e ”gruda-se”no so´lido. Quando isso acontece um a´tomo
de cobre do fio, perde um ele´tron e e´ enta˜o expulso da estrutura para que esta
se mantenha neutra. Assim compondo a a´rvore de prata, ao mesmo tempo
que o fio de cobre e´ corro´ıdo, de forma que no final do experimento ha´ um
buraco no meio da estrutura da prata, onde estava o cobre meta´lico.
Atrave´s das duas semi reac¸o˜es posteriores pode-se formular uma reac¸a˜o
global que sintetiza o que ocorreu na oxirreduc¸a˜o, esta reac¸a˜o ale´m de re-
presentar componentes participantes e suas respectivas mudanc¸as de NOX,
apresenta o potencial padra˜o de reduc¸a˜o da pilha, ou seja a sua diferenc¸a
de voltagem. A reac¸a˜o global da oxirreduc¸a˜o para o experimento realizado
segue abaixo:
Reac¸a˜o global: 2Ag+(aq) + Cu
0
(s) → 2Ag0(s) + Cu2+(aq) E0RED = +0, 46V
Poder´ıamos representar a reac¸a˜o geral do experimento utilizando o ı´on
Nitrato (NO−3 ) apesar deste na˜o participar ativamente do processo. Ter´ıamos
enta˜o:
Cu(s) + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag(s)
Pore´m como ainda possu´ımos a a´gua em soluc¸a˜o ao fim do experimentoo cobre na˜o se unira´ ao nitrato, como a reac¸a˜o acima representa, logo uma
forma mais correta de representar a reac¸a˜o na˜o esquecendo do ı´on nitrato
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segue abaixo:
Ag+ + NO−3 + Cu
0 → Ag0 + Cu− + NO−3
4 Conclusa˜o
De fato, a partir do experimento e´ poss´ıvel perceber o processo da oxir-
reduc¸a˜o ocorrendo. O cobre oxida, uma vez que perde ele´trons e, por con-
seguinte, massa. A prata reduz, uma vez que se cristaliza sobre o fio ate´ o
consumir por completo. Nota-se tambe´m que esse e´ um processo espontaˆneo
e que ocorre na natureza.
5 Referencial Bibliogra´fico
BRASIL ESCOLA. A´rvore de Prata. Dispon´ıvel em:
< https : //educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias−ensino/Arvore−
prata.htm >. Acesso em: 05 jul 2018.
BRASIL ESCOLA. Oxidac¸a˜o e Reduc¸a˜o. Dispon´ıvel em:
< https : //brasilescola.uol.com.br/quimica/oxidacao − reducao.htm >.
Acesso em: 05 jul 2018.
MUNDO EDUCAC¸A˜O. Oxirreduc¸a˜o. Dispon´ıvel em:
< https : //mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/oxirreducao.htm >.
Acesso em: 05 jul 2018.
MUNDO EDUCAC¸A˜O. Oxidac¸a˜o e Reduc¸a˜o. Dispon´ıvel em:
< https : //mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/oxidacao−reducao.htm >.
Acesso em: 05 jul 2018.
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