O valor do potencial padrão de redução é determinado, levando-se em consideração concentração, pressão e temperatura. Sabe-se também que há variação no valor do potencial da semirreação quando há variação na concentração das espécies que constituem a semirreação. Quando isso ocorre, a equação de Nernst pode ser utilizada para calcular a diferença de potencial para os valores de diferentes concentrações.
c) Informe por meio de cálculos o valor do potencial (E), sabendo-se que a
.
c) Informe por meio de cálculos o valor do potencial (E), sabendo-se que a
Passo 1
Então, vamos lá! O exercício pede para calcular o potencial elétrico (E) de uma reação de redução levando em conta as concentrações das espécies envolvidas. Para isso, vamos usar a Equação de Nernst, que nos ajuda a ajustar o potencial padrão de redução quando as concentrações dos reagentes e produtos mudam. Precisamos ter uma noção básica de eletroquímica e entender como a concentração afeta o potencial da reação.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar a Equação de Nernst. Ela relaciona o potencial de eletrodo (E) com o potencial padrão de redução (E°), a temperatura (T), o número de elétrons envolvidos na reação (n) e as concentrações dos íons em solução. A fórmula é:
Onde:
-
é a constante dos gases (8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹), -
é a temperatura em Kelvin, -
é a constante de Faraday (96485 C·mol⁻¹), -
é o quociente de reação, que é a razão entre as concentrações dos produtos e reagentes elevados aos seus coeficientes estequiométricos.
Passo 3
Assumindo que a temperatura está em 25°C (298 K) e que a reação envolve a redução de
e
, precisamos identificar o número de elétrons transferidos (n) na reação balanceada. Vamos supor que a reação seja:
Aqui, o número de elétrons (n) depende da semirreação específica. Para simplificar, vamos considerar que
.
Passo 4
Agora, vamos identificar o quociente de reação (Q). Como estamos lidando com íons em solução,
será a razão entre as concentrações dos produtos e reagentes:
Assumindo que a concentração de metais sólidos (
) é constante e igual a 1, simplificamos para:
Passo 5
Vamos substituir os valores fornecidos:
Então,
Passo 6
Agora, vamos substituir todos os valores na Equação de Nernst. Considerando
,
,
, e
:
Calculando os valores:
Passo 7
Finalmente, se conhecermos o valor do potencial padrão de redução (
) da reação, podemos substituir na equação para encontrar
. Como o valor de
não foi fornecido no enunciado, a expressão final depende desse valor:
Resposta
O potencial elétrico
é igual ao potencial padrão
menos 0,197 V. Portanto,
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usando a equação:
na qual a
é a concentração no seio da solução.
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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$).
d) Qual o potencial da célula?
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
d) Qual o potencial da célula?
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, sabendo-se que as variações das energias livres padrão das correspondentes reações de oxidação são
e
, respectivamente.