A magnitude (não os sinais) do potencial de redução de dois metais é dada a seguir:
Quando a meia célula de X é conectada a Y, os elétrons migram de X para Y. Quando X está conectado a uma meia célula padrão de H2 / H^+(aq), os elétrons migram de X para a meia célula padrão de H2 / H^+(aq).
Os valores de E^circ são positivo ou negativo, em cada caso? (justifique sua resposta).
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o exercício está nos pedindo. Temos dois metais, X e Y, com potenciais de redução padrões (E^circ) dados pelas reações:
X^2+ + 2 e^- X(s) |E^circ| = 0,34 , V
Y^2+ + 2 e^- Y(s) |E^circ| = 0,25 , V
O exercício pergunta sobre o sinal de E^circ quando conectamos:
A meia célula de X à meia célula de Y.
A meia célula de X à meia célula padrão de H2/H^+.
Para resolver isso, vamos precisar entender os conceitos de potenciais de eletrodo padrão, espontaneidade das reações e como determinar os sinais de E^circ em diferentes configurações de células eletroquímicas.
Passo 2
Vamos relembrar que o potencial de eletrodo padrão (E^circ) indica a tendência de uma espécie química de ganhar elétrons (reduzir-se). Quanto maior o E^circ, maior a tendência de redução.
Quando conectamos duas meias-células, os elétrons irão fluir da meia-célula com menor E^circ para a que tem maior E^circ. Isso ocorre porque a reação tende a ser espontânea quando há fluxo de elétrons do redução de menor potencial para a de maior potencial.
Passo 3
Caso 1: Meia célula de X conectada a meia célula de Y.
Sabemos que:
E^circ (X^2+/X) = +0,34 , V
E^circ (Y^2+/Y) = +0,25 , V
Como X tem um E^circ maior que Y, X atua como cátodo (redução) e Y como ânodo (oxidação).
Então, a reação ocorre do ânodo para o cátodo:
Y(s) Y^2+ + 2 e^- (oxidação) çã
X^2+ + 2 e^- X(s) (redução) çã
O potencial da célula (E^circcell) é a diferença entre os potenciais de redução:
E^circcell = E^circcátodo - E^circânodo = 0,34 , V - 0,25 , V = +0,09 , V áâ
Como E^circcell é positivo, a reação é espontânea nessa direção, confirmando que o fluxo de elétrons é de Y para X.
Conclusão para o caso 1:E^circ da célula é positivo (+0,09 V).
Passo 4
Caso 2: Meia célula de X conectada à meia célula padrão de H2/H^+.
O potencial padrão para a meia célula padrão de hidrogênio é definido como:
E^circ (H2/H^+) = 0,00 , V
Comparando com o potencial de X:
E^circ (X^2+/X) = +0,34 , V
Aqui, X tem um potencial de redução maior que o da meia célula padrão de hidrogênio. Portanto, X atuará como cátodo, e a meia célula padrão de hidrogênio atuará como ânodo.
A reação ocorre do ânodo para o cátodo:
H2 2 H^+ + 2 e^- (oxidação) çã
X^2+ + 2 e^- X(s) (redução) çã
Calculando o potencial da célula:
E^circcell = E^circcátodo - E^circânodo = 0,34 , V - 0,00 , V = +0,34 , V áâ
Como E^circcell é positivo, a reação é espontânea nessa direção, indicando que os elétrons migram da meia célula padrão de hidrogênio para X.
Conclusão para o caso 2:E^circ da célula é positivo (+0,34 V).
Resposta
Em ambos os casos, o potencial de célula (E^circ) é positivo. Especificamente:
Quando X está conectado a Y:E^circ = +0,09 , V
Quando X está conectado à meia célula padrão de H2/H^+:E^circ = +0,34 , V
Isso significa que, nessas configurações, as reações são espontâneas, com elétrons fluindo de Y para X e da meia célula padrão de hidrogênio para X, respectivamente.