d) Se você tivesse de posse dos elementos e suas respectivas soluções aquosas, mostre o projeto de uma célula galvânica (pilha) que forneça o maior potencial possível. Para este projeto, dê as semirreações que ocorrem no cátodo, no ânodo, a equação global da pilha, a notação global da pilha bem como os potenciais-padrão.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma tabela com potenciais-padrão de redução para três metais: Zinco (Zn), Níquel (Ni) e Cobre (Cu). O conteúdo envolve eletroquímica, mais especificamente células galvânicas, que são pilhas que geram eletricidade a partir de reações redox espontâneas. Para resolver, vamos precisar identificar qual par de metais vai gerar o maior potencial, determinando qual vai ser o ânodo e o cátodo, escrever as semirreações, a equação global da pilha, a notação da célula e calcular o potencial padrão da célula.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que em uma célula galvânica, o cátodo é o eletrodo onde ocorre a redução (ganho de elétrons) e tem potencial de redução mais alto, enquanto o ânodo é onde ocorre a oxidação (perda de elétrons) e tem potencial de redução mais baixo.
Passo 3
Analisando os potenciais-padrão de redução:
Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn(s) E° = -0,76 V
Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni(s) E° = -0,23 V
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu(s) E° = +0,34 V
O Cobre (Cu) tem o potencial de redução mais positivo, então vai ser o cátodo. O Zinco (Zn) tem o potencial mais negativo, então será o ânodo.
Passo 4
Agora, escrevemos as semirreações:
Cátodo (redução): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu(s)
Ânodo (oxidação): Zn(s) → Zn²⁺ + 2e⁻
Note que no ânodo invertemos a reação de redução para obter a oxidação.
Passo 5
A equação global da célula é a soma das duas semirreações:
Zn(s) + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu(s)
Passo 6
Para a notação da célula, colocamos o ânodo à esquerda e o cátodo à direita, separados por uma linha dupla (representando a barragem de sal) e indicando os estados físico-químicos:
Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)
Passo 7
Finalmente, calculamos o potencial padrão da célula (E°cell) usando a fórmula:
E°cell = E°cátodo - E°ânodo
Substituindo os valores:
E°cell = +0,34 V - (-0,76 V) = +1,10 V
Resposta
A célula galvânica projetada que fornece o maior potencial possível possui as semirreações: