Dadas as seguintes semi-reações e os potencias-padrão de redução associados:
(a) Escreva a reação de célula para a combinação dessas semi-reações que leva à maior fem positiva de célula e calcule o valor.
(b) Escreva a reação de célula para a combinação de semi-reações que leva à menor fem positiva de célula e calcule o valor.
(a) Escreva a reação de célula para a combinação dessas semi-reações que leva à maior fem positiva de célula e calcule o valor.
(b) Escreva a reação de célula para a combinação de semi-reações que leva à menor fem positiva de célula e calcule o valor.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício que você me passou é sobre células eletroquímicas e envolve semi-reações de redução com seus respectivos potenciais-padrão de redução (E°). Precisamos combinar essas semi-reações para formar reações de célula que nos darão a maior e a menor força eletromotriz (fem). Para resolver isso, vamos usar conceitos de potenciais de eletrodo, reações de oxidação e redução e a fórmula da fem da célula.
Passo 2
Primeiro, vamos listar as semi-reações que temos:
Vamos usar essas informações para montar as reações de célula.
Passo 3
Para montar uma reação de célula, precisamos escolher qual das semi-reações vai ser a redução (cátodo) e qual vai ser a oxidação (ânodo). A fem da célula é dada pela diferença entre o potencial de redução do cátodo e o potencial de redução do ânodo:
A fem da célula será positiva se o potencial do cátodo for maior que o do ânodo.
Passo 4
Para a parte (a), queremos a maior fem positiva. Isso significa que precisamos maximizar a diferença
.
Isso acontece quando escolhemos a semi-reação com o maior
como cátodo e a com o menor
como ânodo.
Observando os potenciais:
- Maior
é (para ). - Menor
é (para ).
Passo 5
Agora, configuramos as semi-reações:
Cátodo (Redução):
Ânodo (Oxidação):
Como é a oxidação, precisamos inverter a semi-reação de redução da :
Como é a oxidação, precisamos inverter a semi-reação de redução da
Passo 6
Agora, igualamos os elétrons transferidos. No cátodo, são 2 elétrons, e no ânodo, são 3 elétrons. O mínimo múltiplo comum é 6. Então, multiplicamos as semi-reações:
Cátodo:
Ânodo:
Passo 7
Agora, somamos as duas semi-reações:
Eliminando os elétrons:
Passo 8
Calculamos a fem da célula:
Passo 9
Para a parte (b), queremos a menor fem positiva. Isso acontece quando a diferença
é a menor possível, ou seja, o cátodo tem o menor
e o ânodo tem o maior
.
- Menor
é (para ). - Maior
é (para ).
Passo 10
Configuramos as semi-reações:
Cátodo (Redução):
Ânodo (Oxidação):
Invertendo a redução da :
Invertendo a redução da
Passo 11
Igualamos os elétrons transferidos. No cátodo, são 3 elétrons, e no ânodo, são 2 elétrons. O mínimo múltiplo comum é 6. Multiplicamos as semi-reações:
Cátodo:
Ânodo:
Passo 12
Somamos as duas semi-reações:
Eliminando os elétrons:
Passo 13
Calculamos a fem da célula:
Como queremos uma fem positiva, isso indica que a reação inversa ocorre com fem de
, mas seguindo a lógica do exercício, consideramos apenas a magnitude.
Resposta
(a) A reação de célula com a maior fem positiva é:
com fem positiva de
.
(b) A reação de célula com a menor fem positiva é:
com fem positiva de
.