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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