Considere a seguinte célula eletroquímica:
ECS Eletrodo de vidro
(onde ECS = Eletrodo de Calomelano Saturado)
O potencial desta célula apresentou o valor de para uma solução tampão de . A mesma célula quando usada nas amostras A e B apresentou os valores de potencial e , respectivamente. Qual é o pH e a atividade de íons em cada uma das amostras?

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos uma célula eletroquímica composta pelo Eletrodo de Calomelano Saturado (ECS) e um eletrodo de vidro, junto com uma solução de íons hidrogênio ( ). A célula mostrou certos potenciais elétricos em diferentes condições: uma solução tampão com pH 4,006, e duas amostras A e B com potenciais de e , respectivamente. Nosso objetivo é determinar o pH e a atividade dos íons em cada uma dessas amostras. Para isso, vamos usar a teoria das células eletroquímicas e a equação de Nernst.

Passo 2

Primeiro, precisamos entender a equação de Nernst, que relaciona o potencial elétrico de uma célula eletroquímica com as concentrações (ou atividades) dos íons envolvidos. A equação de Nernst é dada por:
No nosso caso, estamos lidando com íons , e como estamos considerando atividade ao invés de concentração, a equação fica:
Aqui, é o potencial medido da célula, é o potencial padrão da célula, e é a atividade dos íons hidrogênio.

Passo 3

Vamos usar a solução tampão como referência para encontrar o potencial padrão . Sabemos que para a solução tampão com pH 4,006, o potencial é . Sabemos que o pH está relacionado à atividade dos íons hidrogênio pela equação:
Então, para a solução tampão:
Substituindo na equação de Nernst:
Como , temos:

Passo 4

Agora que temos o potencial padrão , podemos usar a equação de Nernst para encontrar a atividade dos íons nas amostras A e B.
Para a amostra A, onde :
O pH é então:
Para a amostra B, onde :
O pH é então:

Resposta

Para a amostra A, o pH é aproximadamente 4,37 e a atividade de íons é aproximadamente . Para a amostra B, o pH é aproximadamente 2,42 e a atividade de íons é aproximadamente .

Exercícios relacionados

Uma pilha foi preparada pela imersão de um fio de cobre e de um eletrodo saturado de calomelano em uma solução de . O fio de Cu foi ligado ao terminal positivo de um potenciômetro, e o eletrodo de calomelano foi ligado ao terminal negativo.
Calcule o potencial da pilha.
A concentração de perclorato em uma amostra desconhecida foi determinada usando um eletrodo de fon seletivo para e adição de padrão pontual. Uma amostra de foi transferida para um balão volumétrico de 100 mL e diluída. Uma alíquota de da amostra diluída foi adicionada a célula eletroquímica contendo um eletrodo de íon seletivo para e um eletrodo de referência de calomelano saturado, sendo medido um potencial de 0,3587 V. Uma alíquota de de uma solução padrão de foi adicionada a amostra e o potencial foi alterado para . Qual a concentração de na amostra analisada?
Discuta as características gerais da teoria de Debye-Hückel para soluções eletrolíticas. Para isso, parta de considerações sobre as interações iônicas em solução.
Faça a distinção entre potencial de célula e força eletromotriz (fem) e demonstre como a última está relacionada a quantidades termodinâmicas.