Considere a eletrolise de uma solução
de
, em meio de
mol
. a) Qual seria o potencial catódico em que se iniciaria a descarga do íon
, considerando que está sendo utilizado um eletrodo de platina platinizada e que a corrente empregada na eletrólise tem uma densidade de
. Sabe-se que haverá no catodo uma sobrevoltagem de
. b) qual seria a concentração do íon
na solução quando se iniciasse a evolução de
.
As semi-reações envolvidas são
As semi-reações envolvidas são
Passo 1
Primeiro, vamos entender o enunciado. Temos uma solução contendo
de
e
de
. Queremos descobrir duas coisas:
a) O potencial catódico necessário para iniciar a descarga do íon .
b) A concentração do íon quando começar a evoluir
.
a) O potencial catódico necessário para iniciar a descarga do íon
b) A concentração do íon
Vamos precisar usar as semi-reações fornecidas e considerar a sobrevoltagem no cátodo.
Passo 2
Vamos começar pelo item a). Para encontrar o potencial catódico onde a descarga de
ocorre, precisamos considerar a reação de redução dos íons
e
.
As semi-reações são:
A descarga de
começará quando o potencial aplicado for suficiente para que a redução de
seja mais favorável que a de
.
Passo 3
Além disso, temos uma sobrevoltagem de
no cátodo. A sobrevoltagem é a diferença entre o potencial teórico e o real necessário para que a reação ocorra devido a impedimentos como a resistência do eletrodo.
Portanto, o potencial efetivo no cátodo será:
Passo 4
Agora, para determinar quando a descarga de
começa a ocorrer, precisamos que o potencial aplicado seja igual ao potencial necessário para reduzir
.
Como
tem um potencial mais alto (
), inicialmente a redução de
será preferida. Quando o potencial aplicado alcançar
, a redução de
começará a competir com a de
.
Passo 5
Portanto, o potencial catódico necessário para iniciar a descarga do íon
é de
.
Passo 6
Agora, vamos para o item b). Queremos encontrar a concentração de
na solução quando começa a evoluir
. Isso significa que precisamos descobrir a concentração em que a redução de
se torna competitiva com a de
.
Passo 7
Utilizaremos a equação de Nernst para relacionar os potenciais com as concentrações dos íons. A equação de Nernst para a redução de
é:
Passo 8
Sabemos que a redução de
começa a ocorrer quando:
Passo 9
Resolvendo a equação acima para
:
Resposta
b) A concentração de
quando começa a evoluir
é aproximadamente
.