Proponha um método para a determinação de pH de uma solução aquosa utilizando medidas eletroquímicas.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para a gente propor um método para determinar o pH de uma solução aquosa usando medidas eletroquímicas. Isso envolve a área de eletroquímica, que estuda as relações entre eletricidade e reações químicas. Para resolver, vamos precisar de um eletrodo de pH, um voltímetro (ou medidor de potencial elétrico) e a equação de Nernst para relacionar o potencial medido ao pH da solução.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender o que é pH. O pH é uma medida da acidez ou basicidade de uma solução, definido pela concentração de íons hidrogênio (
) na solução:
Mas como relacionar isso a uma medida eletroquímica? É aí que entra o eletrodo de vidro, que é sensível à concentração de íons
.
Passo 3
Vamos montar a célula eletroquímica. Ela consiste em dois eletrodos: o eletrodo de vidro (eletrodo de pH) e um eletrodo de referência (como o eletrodo de calomelano saturado). O eletrodo de referência tem um potencial constante, enquanto o eletrodo de vidro varia seu potencial de acordo com o pH da solução.
Passo 4
Conectamos esses eletrodos ao voltímetro. Quando estão imersos na solução que queremos medir, ocorre uma diferença de potencial entre eles. Essa diferença é chamada de potencial de eletrodo (
) e depende do pH da solução.
Passo 5
Para relacionar o potencial medido ao pH, utilizamos a equação de Nernst. Para a reação de íons hidrogênio no eletrodo de vidro, a equação fica:
Onde:
-
é o potencial medido -
é o potencial padrão do eletrodo -
é a constante dos gases ( ) -
é a temperatura em Kelvin -
é a constante de Faraday ( ) -
é o que queremos encontrar
Para simplificar, a equação a uma temperatura de 25°C (
) fica:
Passo 6
Rearranjando a equação para encontrar o pH:
Isso significa que, medindo o potencial
, podemos calcular o pH da solução.
Resposta
Portanto, para determinar o pH de uma solução aquosa usando medidas eletroquímicas, montamos uma célula com um eletrodo de vidro e um eletrodo de referência, medimos o potencial elétrico entre eles com um voltímetro, e aplicamos a equação de Nernst para calcular o pH:
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Dados:
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