Qual o potencial desenvolvido quando se constrói uma pilha constituída das meias pilhas
e CulCu
?
Se a meia pilha de cobre
fosse substituída por uma meia pilha
, ainda ocorreria reação? Calcule a força eletromotriz da pilha correspondente e classifique o tipo de pilha formada.
Se a meia pilha de cobre
Passo 1
Vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos uma pilha formada por duas meias pilhas: uma de zinco (
) e outra de cobre (
). Precisamos descobrir qual é o potencial elétrico que essa pilha desenvolve. Além disso, a questão nos pergunta o que acontece se substituirmos a meia pilha de cobre por outra de zinco com concentração de
, calculando a força eletromotriz (fem) dessa nova pilha e classificando o tipo de pilha formada. Para resolver isso, vamos precisar entender os potenciais padrão de redução, usar a equação de Nernst para ajustar para as concentrações dadas e determinar se a reação ocorre espontaneamente.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as reações de redução para cada metal e seus potenciais padrão de redução (
):
- Cobre:
; - Zinco:
;
Esses valores indicam a tendência dos metais em ganhar elétrons (reduzir-se). Quanto mais positivo o
, maior a tendência de redução.
Passo 3
Agora, vamos montar a pilha original com as meias pilhas de zinco e cobre. Para que a pilha funcione, a reação ocorre de forma espontânea, onde o metal com menor potencial padrão de redução (zinco) será oxidado, e o com maior potencial será reduzido (cobre).
A reação global é:
Passo 4
Para calcular o potencial da pilha, usamos a diferença dos potenciais de redução das duas meias pilhas:
Passo 5
No entanto, como as concentrações dos íons não estão nas condições padrão (1 M), precisamos usar a equação de Nernst para ajustar o potencial da pilha:
Onde:
-
é o número de elétrons transferidos (neste caso, 2) -
é o quociente de reação,
Substituindo os valores:
Sabemos que
, então:
Arredondando, temos
Passo 6
Agora, vamos analisar a segunda parte da questão: substituir a meia pilha de cobre por outra de zinco com concentração de
. A nova pilha será composta por:
Nesse caso, ambas as meias pilhas têm o mesmo metal, porém com diferentes concentrações. Vamos verificar se ocorre reação.
Passo 7
A reação ocorreria se houvesse uma diferença no potencial entre as duas meias pilhas. Vamos calcular o potencial de cada meia pilha usando a equação de Nernst:
Para a primeira meia pilha (
):
Para a segunda meia pilha (
):
Passo 8
A diferença de potencial entre as duas meias pilhas será:
Como o potencial da pilha é negativo, isso indica que a reação não ocorre espontaneamente na direção considerada. Portanto, não há reação espontânea entre as duas meias pilhas de zinco com diferentes concentrações de
.
Resposta
O potencial desenvolvido na pilha original é de aproximadamente
. Ao substituir a meia pilha de cobre por uma meia pilha de zinco com concentração de
, a força eletromotriz resultante é de
, indicando que não ocorre reação espontânea. Portanto, a nova pilha formada é do tipo eletroquímica não espontânea.