Discuta as características gerais da teoria de Debye-Hückel para soluções eletrolíticas. Para isso, parta de considerações sobre as interações iônicas em solução.
Passo 1
Beleza! A gente vai falar sobre as características gerais da teoria de Debye-Hückel para soluções eletrolíticas. Basicamente, vamos entender como os íons interagem numa solução e como a teoria de Debye-Hückel explica essas interações.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que são soluções eletrolíticas. São aquelas que contêm íons, que são partículas carregadas eletricamente, dissolvidas em um solvente, geralmente água. Esses íons interagem entre si através de forças eletrostáticas: íons com cargas opostas se atraem e íons com cargas iguais se repelem.
Passo 3
Agora, a teoria de Debye-Hückel entra em cena para explicar essas interações iônicas de forma mais detalhada. Ela considera que cada íon numa solução é cercado por uma “capa” de íons de carga oposta, que reduz a força das interações eletrostáticas entre íons de mesma carga. Essa camada de íons é chamada de “camada de Debye”.
Passo 4
A teoria introduz o conceito de potencial elétrico ao redor de cada íon, que decai exponencialmente com a distância. Isso é descrito pela função:
Aqui,
é a carga do íon,
é a carga elementar,
é a permissividade do vácuo,
é a permissividade relativa do solvente,
é a distância do íon, e
é o parâmetro de Debye, que depende da concentração de íons na solução.
Passo 5
O parâmetro de Debye
é dado por:
Onde
é o número de Avogadro,
é a constante de Boltzmann,
é a temperatura,
é a valência dos íons e
é a concentração de cada tipo de íon. Esse parâmetro indica o alcance das interações eletrostáticas na solução.
Passo 6
A teoria de Debye-Hückel também explica como a atividade iônica (uma medida efetiva da concentração de íons) difere da concentração real devido às interações entre íons. A atividade
é relacionada à concentração
pela equação:
Onde
é o coeficiente de atividade, que a teoria de Debye-Hückel pode calcular, mostrando que
diminui com o aumento da concentração de íons.
Passo 7
Além disso, a teoria ajuda a prever o coeficiente de atividade para íons em soluções diluídas, mostrando que ela depende da carga do íon e da concentração iônica total. Quanto maior a carga do íon ou a concentração de íons, menor será o coeficiente de atividade devido ao aumento das interações eletrostáticas.
Resposta
A teoria de Debye-Hückel descreve como os íons em soluções eletrolíticas interagem através de campos elétricos reduzidos pela presença de uma camada de íons de cargas opostas. Ela utiliza o parâmetro de Debye para quantificar o alcance dessas interações e explica como essas interações afetam a atividade iônica, especialmente em soluções diluídas. Assim, a teoria fornece uma base fundamental para entender o comportamento das soluções eletrolíticas em termos das interações iônicas.
Exercícios relacionados
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?
ECS
(onde ECS = Eletrodo de Calomelano Saturado)
O potencial desta célula apresentou o valor de
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.
Calcule o potencial da pilha.
Faça a distinção entre potencial de célula e força eletromotriz (fem) e demonstre como a última está relacionada a quantidades termodinâmicas.
Calcule a constante de solubilidade (K para a reação
) e a solubilidade do cloreto de mercúrio(I), a 298 K . Dica: o íon mercúrio(I) é a espécie diatômica
.