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.
(sat),
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me pediu para calcular o potencial de uma célula eletroquímica específica e descobrir se a reação ocorre sozinha ou se precisa de uma força externa. Vamos usar conceitos de eletrônica e química, principalmente sobre potenciais de eletrodo e a direção das reações de oxidação e redução.
Passo 2
Primeiro, precisamos identificar as duas semi-reações envolvidas na célula. Temos de um eletrodo de chumbo (Pb) em contato com iodeto de chumbo (PbI₂) saturado e íons iodeto (
) à esquerda. À direita, temos íons mercúrio (
) em solução e um eletrodo de mercúrio metálico (Hg).
Passo 3
Agora, vamos escrever as semi-reações de redução para cada eletrodo:
Para o eletrodo de chumbo:
Para o eletrodo de mercúrio:
Passo 4
Em seguida, vamos procurar os potenciais padrão de redução (
) para cada meia-reação. Supondo que:
-
para a redução do seja, por exemplo, +0,85 V. -
para a redução do seja aproximadamente -0,13 V.
(Nota: Os valores reais podem variar e devem ser confirmados em uma tabela de potenciais padrão.)
Passo 5
Agora, identificamos qual eletrodo vai ser o cátodo (redução) e qual será o ânodo (oxidação). O eletrodo com o potencial de redução mais positivo atua como cátodo, e o outro será o ânodo.
Aqui, Hg²⁺/Hg tem
e PbI₂/Pb tem
. Então, Hg será o cátodo e Pb o ânodo.
Passo 6
Calculamos o potencial da célula (
) usando a fórmula:
Passo 7
Agora, aplicamos a equação de Nernst para levar em conta as concentrações dos íons:
Onde:
-
(número de elétrons transferidos) -
é o quociente de reação:
Substituindo os valores:
Então:
Resposta
O potencial da célula é aproximadamente 1,02 V. Como esse valor é positivo, a reação ocorre espontaneamente na direção considerada, com oxidação no eletrodo de chumbo e redução no eletrodo de mercúrio.