Numa pilha de sódio e estanho, a
, as concentrações das semi-células são
de íons
e
de íons
. Pede-se:
a)
A fem da pilha.
)
a)
A fem da pilha.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos uma pilha formada por sódio (Na) e estanho (Sn) a 25°C. As concentrações são 2,3 g/L de íons
e 119 g/L de íons
. Nosso objetivo aqui é descobrir a força eletromotriz (fem) dessa pilha, que é basicamente a voltagem que ela pode fornecer. Para resolver isso, vamos precisar entender os conceitos de potenciais padrão de eletrodo e a equação de Nernst, que nos ajuda a calcular a fem considerando as concentrações dos íons.
Passo 2
Primeiro, vamos converter as concentrações em molaridade, porque geralmente trabalhamos com mol/L em química. A massa molar do sódio (Na) é aproximadamente 22,99 g/mol e a do estanho (Sn) é cerca de 118,71 g/mol.
Para
:
Para
:
Passo 3
Agora, precisamos saber quais são as reações de redução e oxidação na nossa pilha. Geralmente, o metal com menor potencial de redução vai ser o anodo (onde ocorre a oxidação), e o com maior potencial de redução será o cátodo (onde ocorre a redução).
Consultando uma tabela de potenciais padrão de eletrodo:
- Para o sódio:
, - Para o estanho:
,
Isso indica que o sódio será o anodo e o estanho será o cátodo.
Passo 4
A fem da pilha pode ser calculada usando a diferença entre os potenciais padrão dos eletrodos:
Mas, como temos concentrações diferentes das padrão, precisamos ajustar isso usando a equação de Nernst.
Passo 5
A equação de Nernst para a nossa celula é:
Onde:
-
é o número de elétrons transferidos na reação (para nossa reação, ) -
é o quociente de reação, que para a nossa pilha é
Calculando
:
Passo 6
Substituindo na equação de Nernst:
Sabemos que
, então:
Resposta
A força eletromotriz (fem) da pilha é aproximadamente
.