Calcule os potenciais das seguintes células. Indique se a reação se processará espontaneamente na direção considerada (oxidação à esquerda, redução à direita) ou se uma fonte de voltagem externa é necessária para forçar a reação a ocorrer.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O enunciado pede para calcular o potencial de uma célula eletroquímica e determinar se a reação acontece sozinha ou se precisa de uma fonte externa de voltagem. Para isso, vamos usar conceitos de reações redox, potenciais padrão de eletrodo e a equação de Nernst.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as duas semi-reações envolvidas na célula. Temos zinco (Zn) e tálio com diferentes estados de oxidação. Precisamos descobrir qual substância será oxidada e qual será reduzida.
Passo 3
O zinco está na forma metálica (
) e na forma de íon
com concentração
. No outro lado, temos tálio com íons
e
com concentrações
e
, respectivamente.
Passo 4
Vamos consultar a tabela de potenciais padrão de eletrodo (
) para encontrar os valores de redução das espécies envolvidas:
-
; -
;
Passo 5
Com os valores de
, podemos identificar qual meio será o ânodo (oxidação) e qual será o cátodo (redução). A substância com menor
será oxidada:
- Ânodo:
- Cátodo:
Passo 6
Agora, vamos calcular o potencial padrão da célula (
) usando a fórmula:
Substituindo os valores:
Passo 7
Para considerar as concentrações diferentes das espécies, usamos a equação de Nernst:
Onde:
-
(número de elétrons transferidos) -
Calculando
:
Passo 8
Substituindo na equação de Nernst:
Calculando o logaritmo:
Então:
Resposta
O potencial da célula é aproximadamente
. Como o valor é positivo, a reação ocorre espontaneamente na direção considerada (oxidação do zinco à esquerda e redução do tálio à direita). Não é necessária uma fonte de voltagem externa para forçar a reação.