Potenciais-Padrão de Redução (
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f) Neste momento você deseja montar uma pilha de concentração com os elementos presentes na tabela. Considerando as concentrações do ânodo iguais a
e as do cátodo iguais a
, determine o potencial real inicial de cada pilha de concentração, mostrando todas as etapas envolvidas no processo.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem uma tabela com os potenciais padrão de redução para o zinco (Zn), níquel (Ni) e cobre (Cu). A tarefa é montar uma pilha de concentração usando esses elementos, com concentrações específicas no ânodo e no cátodo. Nosso objetivo é determinar o potencial real inicial de cada pilha de concentração. Para isso, vamos precisar entender um pouco sobre células eletroquímicas e usar a equação de Nernst.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é uma pilha de concentração. É um tipo de célula eletroquímica onde os eletrodos são do mesmo material, mas as soluções têm concentrações diferentes de íons. Isso cria um gradiente de concentração que gera uma diferença de potencial elétrico.
Passo 3
Agora, vamos identificar os elementos que podemos usar para montar as pilhas de concentração. Pela tabela, temos:
- Zinco (Zn)
- Níquel (Ni)
- Cobre (Cu)
Vamos montar uma pilha de concentração para cada um desses metais.
Passo 4
Para calcular o potencial real da pilha, usamos a Equação de Nernst:
Onde:
-
é o potencial real da pilha. -
é o potencial padrão de redução. -
é a constante dos gases (8,314 J/mol·K). -
é a temperatura em Kelvin (vamos usar 298 K, que é 25°C). -
é o número de elétrons transferidos na reação. -
é a constante de Faraday (96485 C/mol). -
é o quociente de reação, que no caso das pilhas de concentração é a razão das concentrações no ânodo e no cátodo.
Como a temperatura e as constantes são as mesmas para todas as pilhas, podemos simplificar a equação, especialmente se considerarmos a temperatura padrão.
Passo 5
Para simplificar, usamos uma versão simplificada da equação de Nernst a 25°C (298 K):
Onde:
-
é a concentração do eletrólito no ânodo. -
é a concentração do eletrólito no cátodo.
Nesse caso,
e
.
Passo 6
Agora, vamos calcular
, que é
:
Passo 7
Substituímos os valores na equação de Nernst para cada metal. Vamos lembrar que para todas as reações apresentadas,
elétrons.
Para o Zinco (Zn):
Para o Níquel (Ni):
Para o Cobre (Cu):
Passo 8
Calculamos agora o termo
:
Sabemos que
, então:
Substituindo de volta:
Para o Zinco (Zn):
Para o Níquel (Ni):
Para o Cobre (Cu):
Resposta
Os potenciais reais iniciais das pilhas de concentração são:
- Zinco (Zn):
- Níquel (Ni):
- Cobre (Cu):
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Potenciais-Padrão de Redução (
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a) Explique, justificando a sua resposta por meio das semirreações e dos respectivos potencias, o por que o zinco é atacado pelo ácido clorídrico e o cobre não.
Potenciais-Padrão de Redução (
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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.
De acordo com os valores de potencial-padrão tabelados, pode-se concluir que não serão observados sinais de transformação química em qual(is) tubo(s)? JUSTIFIQUE as respostas dadas por meio das semirreações e seus respectivos potenciais-padrão.
b) Determine o potencial real para a célula, a