Considere a seguinte célula voltaica:
Dados:
é
(d) Qual é a variação na voltagem da célula quando as concentrações de íons na meia-célula do ânodo são aumentados por um fator de
Dados:
(d) Qual é a variação na voltagem da célula quando as concentrações de íons na meia-célula do ânodo são aumentados por um fator de
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício apresenta uma célula voltaica com duas semi-reações: uma de prata (Ag) e outra de ferro (Fe). A gente precisa descobrir como a voltagem da célula muda quando a concentração de íons na meia-célula do ânodo aumenta 10 vezes. Vamos usar conceitos de eletroquímica, especialmente o Potencial de Eletrodo e a Equação de Nernst, para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar qual das duas semi-reações ocorre no ânodo e qual ocorre no cátodo. O ânodo é onde ocorre a oxidação, e o cátodo é onde acontece a redução.
Temos:
-
com -
com
Como a prata tem um potencial mais positivo, ela será o cátodo (redução), e o ferro será o ânodo (oxidação).
Passo 3
Agora, vamos lembrar que a voltagem da célula padrão (
) é a diferença entre os potenciais de eletrodo do cátodo e do ânodo:
Substituindo os valores:
Passo 4
Para ver como a voltagem muda com a concentração, vamos usar a Equação de Nernst:
Onde:
-
é o potencial da célula sob condições não padrão -
é a constante dos gases ( ) -
é a temperatura em Kelvin (vamos assumir 298 K) -
é o número de elétrons transferidos -
é a constante de Faraday ( ) -
é o quociente de reação
Passo 5
Simplificando a Equação de Nernst para a temperatura padrão:
No nosso caso, como a concentração no ânodo (Fe) aumenta 10 vezes, isso afeta o
da reação.
A reação geral da célula é:
Então,
Se a concentração de
aumenta 10 vezes, o novo
será:
Passo 6
Substituindo na Equação de Nernst:
Calculando:
Resposta
A variação na voltagem da célula é de aproximadamente 0,030 V a mais quando as concentrações de íons no ânodo são aumentadas por um fator de 10.