Uma solução consiste de íons
e
na concentração de cada um de 1,0
. O que acontece se uma lâmina de estanho ( Sn ) é mergulhada na solução? Considere as seguintes semi-reações:
As semi-reações podem ser utilizadas para construir três diferentes células galvânicas. Sugira qual célula produz maior voltagem e identifique o cátodo e o anodo.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O problema fala que temos uma solução com íons de cobre (
), níquel (
) e prata (
), cada um na concentração de 1,0 mol/L. A gente precisa descobrir o que acontece quando mergulha uma lâmina de estanho (Sn) nessa solução e também identificar qual combinação de reações gera a maior voltagem, além de identificar o cátodo e o ânodo. Para resolver isso, vamos usar as semi-reações dadas e entender um pouco sobre como funcionam as células galvânicas.
Passo 2
Primeiro, vamos refrescar a memória sobre células galvânicas. Elas são dispositivos que transformam energia química em energia elétrica através de reações de oxidação e redução. Cada célula tem dois eletrodos: o ânodo, onde ocorre a oxidação (perda de elétrons), e o cátodo, onde ocorre a redução (ganho de elétrons).
Passo 3
Vamos olhar as semi-reações que a gente tem:
Essas reações mostram como os íons ganham elétrons para virar metais sólidos. Nosso objetivo é combinar essas reações de forma que uma ocorra no ânodo e outra no cátodo.
Passo 4
Para saber qual combinação gera mais voltagem, precisamos conhecer os potenciais padrão de redução (
) dessas semi-reações. Esses valores dizem o quanto um íon quer ganhar elétrons. Quanto maior o
, mais ele quer ser reduzido. Vamos considerar os valores típicos:
- Para
, - Para
, - Para
,
Passo 5
Agora, pensamos em montar pares para formar células galvânicas. A ideia é usar o íon com maior
como cátodo (mais tendência a ser reduzido) e o com menor
como ânodo (mais tendência a ser oxidado). Vamos ver as combinações possíveis:
- Ag/ Pb
- Cu/ Pb
- Ag/ Cu
Passo 6
Para cada combinação, calculamos a diferença de potencial (
):
Isso nos dá a voltagem que a célula pode gerar.
Passo 7
Vamos calcular:
-
Ag/ Pb:
-
Cu/ Pb:
-
Ag/ Cu:
Passo 8
Observando os cálculos, a combinação Ag/ Pb tem a maior voltagem de 0,93 V. Isso significa que essa célula vai produzir mais energia elétrica comparada às outras combinações.
Resposta
A célula formada pelos pares
e
gera a maior voltagem de 0,93 V, com a prata (Ag) atuando como cátodo e o chumbo (Pb) como ânodo.
Exercícios relacionados
Uma célula de concentração de
tem uma diferença de potencial de
, a
. A concentração de
uma das meias células é
. Qual a concentração de
na outra meia célula? (Suponha que a concentração na célula desconhecida seja a menor das duas concentrações.)
Determine se, ao revestir o ferro, cada metal visto a seguir evitaria ou não a corrosão do ferro.
a) Sn
a) Sn
Determine se, ao revestir o ferro, cada metal visto a seguir evitaria ou não a corrosão do ferro.
d) Cr
d) Cr