Suponha que você tenha uma célula com concentração de ferro (II) - ânodo - de
e uma concentração de
- cátodo - de
. A temperatura da célula é de
, e a pressão do gás hidrogênio é mantida a
. Qual seria o potencial da célula sob estas condições?
Dica: para gases, a pressão do gás pode ser utilizada no lugar da concentração
Dica: para gases, a pressão do gás pode ser utilizada no lugar da concentração
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. A gente tem uma célula eletroquímica com algumas informações: a concentração de ferro (II) no ânodo é de
, a concentração de íons hidrogênio (
) no cátodo é de
. A temperatura está em
e a pressão do gás hidrogênio é
. A pergunta é: qual é o potencial da célula nessas condições? Para resolver isso, vamos precisar usar a Equação de Nernst, que permite calcular o potencial da célula considerando as concentrações dos reagentes e produtos.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as semi-reações que ocorrem no ânodo e no cátodo. No ânodo, ocorre a oxidação do ferro (II) para ferro (III):
No cátodo, ocorre a redução dos íons hidrogênio para formar gás hidrogênio:
Passo 3
Agora, precisamos saber os potenciais padrão de cada semi-reação. Consultando uma tabela de potenciais padrão, encontramos:
-
Para a semi-reação do ferro:
-
Para a semi-reação do hidrogênio:
Passo 4
O potencial padrão da célula (
) é a diferença entre o potencial de redução do cátodo e do ânodo:
Passo 5
Agora, vamos usar a Equação de Nernst para calcular o potencial da célula nas condições dadas. A equação é:
Onde:
-
é a constante universal dos gases ( ), -
é a temperatura em Kelvin, -
é o número de elétrons transferidos (neste caso, ), -
é a constante de Faraday ( ), -
é o quociente de reação.
Primeiro, convertemos a temperatura para Kelvin:
O quociente de reação
é dado por:
Como a pressão do gás hidrogênio é usada no lugar da concentração, e considerando que
é proporcional à pressão (
), temos:
Agora, substituímos todos os valores na Equação de Nernst:
Calculando:
Resposta
O potencial da célula sob as condições dadas é aproximadamente
.