O que representa a densidade de corrente de troca (io)? Explique, utilizando a equação de Butler-Volmer, como o valor desta grandeza está associado à barreira de energia de ativação, e sua influência nos processos de polarização do eletrodo.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Ela pergunta sobre a densidade de corrente de troca, representada por
, e como, usando a equação de Butler-Volmer, essa grandeza está ligada à barreira de energia de ativação e influencia nos processos de polarização do eletrodo. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de eletroquímica, como densidade de corrente, equação de Butler-Volmer e polarização de eletrodos.
Passo 2
Vamos começar definindo o que é a densidade de corrente de troca (
). Ela representa a corrente por unidade de área que ocorre quando não há sobrepotencial aplicado, ou seja, nas condições de equilíbrio. Basicamente,
indica a taxa na qual as reações de oxidação e redução acontecem na superfície do eletrodo quando não há nenhum estresse (como uma diferença de potencial) aplicado.
Passo 3
Agora, a equação de Butler-Volmer. Ela descreve a relação entre a corrente de um eletrodo e o sobrepotencial (
) aplicado. A equação é dada por:
Aqui,
e
são os coeficientes de transferência de carga para as reações de anodização e cátodização, respectivamente,
é o número de elétrons transferidos,
é a constante de Faraday,
é a constante dos gases, e
é a temperatura em Kelvin.
Passo 4
A barreira de energia de ativação está relacionada à energia necessária para que as reações químicas ocorram na interface eletrodo-solução. Na equação de Butler-Volmer, o termo
(e similar para cátodo) está diretamente relacionado a essa barreira de energia. Quando
aumenta, significa que a reação ocorre mais facilmente, ou seja, a barreira de ativação diminui.
Passo 5
A influência de
nos processos de polarização do eletrodo é significativa. A polarização ocorre quando há uma variação na corrente com a aplicação de um sobrepotencial, levando a uma diferença entre o potencial aplicado e o potencial de equilíbrio. Um valor alto de
implica que o eletrodo pode sustentar maiores correntes com menores sobrepotenciais, reduzindo a polarização. Por outro lado, um
baixo aumenta a barreira de ativação, exigindo maiores esforços para manter a mesma corrente, o que intensifica a polarização.
Resposta
A densidade de corrente de troca (
) representa a corrente por unidade de área nas condições de equilíbrio, refletindo a taxa das reações de oxidação e redução no eletrodo. Usando a equação de Butler-Volmer, vemos que
está ligado à barreira de energia de ativação, pois um
maior indica uma menor barreira, facilitando as reações. Além disso,
influencia os processos de polarização do eletrodo, já que um valor elevado permite sustentar maiores correntes com menores sobrepotenciais, reduzindo a polarização.
Exercícios relacionados
Uma célula galvânica é constituída pelos eletrodos abaixo especificados e separados por uma ponte salina.
ELETRODO I: placa de chumbo metálico mergulhada em uma solução aquosa de nitrato de chumbo.
ELETRODO II: sulfato de chumbo sólido prensado contra uma
Nas condições padrão, o potencial de cada um destes eletrodos, em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio, é
ELETRODO I
.
ELETRODO II$).
a) Escreva a reação global da célula galvânica.
ELETRODO I: placa de chumbo metálico mergulhada em uma solução aquosa
ELETRODO II: sulfato de chumbo sólido prensado contra uma
Nas condições padrão, o potencial de cada um destes eletrodos, em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio, é
a) Escreva a reação global da célula galvânica.
Quando a fosfina, um gás venenoso de fórmula molecular
, é queimada no ar, os produtos são água e um sólido de fórmula molecular
. Escreva uma equação ajustada para a reação.