Faça a distinção entre potencial de célula e força eletromotriz (fem) e demonstre como a última está relacionada a quantidades termodinâmicas.

Passo 1

Então, a gente vai resolver uma questão que pede para a gente diferenciar entre potencial de célula e força eletromotriz (fem), além de mostrar como a fem está ligada às quantidades termodinâmicas. Esse assunto faz parte da eletroquímica, que estuda as relações entre eletricidade e reações químicas. Para resolver, vamos precisar entender o que são potencial de célula, fem e como elas se relacionam com a termodinâmica.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é força eletromotriz (fem). A fem é a diferença de potencial elétrico gerada por uma fonte de energia, como uma bateria ou uma célula eletroquímica, quando não há corrente elétrica passando pelo circuito. Em outras palavras, é a “força” que empurra os elétrons para que eles circulem no circuito.

Passo 3

Agora, vamos ver o que é o potencial de célula. O potencial de célula é a diferença de potencial elétrico entre os dois eletrodos de uma célula eletroquímica quando há corrente elétrica fluindo no circuito. Ele é medido quando a célula está realizando trabalho, ou seja, quando a reação redox está ocorrendo.

Passo 4

A diferença principal entre fem e potencial de célula está no estado do circuito:
  • Fem: medida sem corrente, sendo a força máxima que a célula pode fornecer.
  • Potencial de célula: medido com corrente, levando em conta as perdas de energia internas devido à resistência e às reações internas.

Passo 5

Agora, vamos ligar a fem às quantidades termodinâmicas. Na termodinâmica, a relação entre a fem ( ) e a variação da energia livre de Gibbs ( ) é dada por:
Onde:
  • é a variação da energia livre de Gibbs.
  • é o número de mols de elétrons transferidos na reação.
  • é a fem da célula.
  • é a constante de Faraday ( ).
Essa equação mostra que a fem está diretamente relacionada à energia que está disponível para realizar trabalho na reação eletroquímica.

Resposta

Em resumo, fem é a força que a célula eletroquímica pode fornecer sem corrente, enquanto o potencial de célula é a diferença de potencial quando a célula está operando com corrente. Além disso, a fem está relacionada às quantidades termodinâmicas através da energia livre de Gibbs, indicando a energia disponível para realizar trabalho na reação.

Exercícios relacionados

Discuta as características gerais da teoria de Debye-Hückel para soluções eletrolíticas. Para isso, parta de considerações sobre as interações iônicas em solução.
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?
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 .
Proponha um método para a determinação de pH de uma solução aquosa utilizando medidas eletroquímicas.