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.
Zn mid Zn^2+(0,0364 mol L^-1) | Tl^3+(9,06 times 10^-3 mol L^-1) Tl^+(0,0620 mol L^-1) mid Pt

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 ( E^circcélula = E^circcátodo - E^circânodo é) usando a fórmula:
E^circcélula = 0,63 , V - (-0,76 , V) = 1,39 , V éáâ
Substituindo os valores:
é

Passo 7

Para considerar as concentrações diferentes das espécies, usamos a equação de Nernst:
Ecélula = E^circcélula - 0,0592n log Q éé
Onde:
  • Q = 0,0364 times 0,009060,0620 approx 0,00531 (número de elétrons transferidos)
Calculando :

Passo 8

Substituindo na equação de Nernst:
Ecélula = 1,39 , V - 0,05922 log (0,00531) é
Calculando o logaritmo:
log (0,00531) approx -2,275
Então:
Ecélula = 1,39 , V - 0,05922 times (-2,275) approx 1,39 , V + 0,0674 , V = 1,457 , V é

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.

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