20.17 (a) Escreva a semi-reação que ocorre em um eletrodo de hidrogênio quando ele serve como um catodo de uma célula voltaica. (b) O que é padrão em um eletrodo-padrão de hidrogênio? (c) Qual é o papel da lâmina de platina em um eletrodo-padrão de hidrogênio?

Passo 1

O enunciado pede três coisas sobre o eletrodo de hidrogênio: (a) qual é a semi-reação que ocorre quando ele atua como cátodo numa célula voltaica, (b) quais são as condições padrão de funcionamento num eletrodo-padrão de hidrogênio e (c) qual a função da lâmina de platina nesse eletrodo. O conteúdo principal aqui é eletroquímica de meio-celas, reação de redução e design de eletrodos padrão.

Passo 2

Quando o eletrodo de hidrogênio funciona como cátodo, ele sofre uma redução. Os prótons da solução recebem elétrons e formam gás hidrogênio, de acordo com a semi-reação abaixo:
2\,H^+(\text{aq}) + 2\,e^- \longrightarrow H_2(\text{g})

Passo 3

Num eletrodo-padrão de hidrogênio, as condições padrão são:
P_{H_2} = 1\\ \text{atm}, \quad [H^+] = 1\\ \text{M}, \quad T = 25\,^\circ C\\ (298\,\mathrm{K}),
e utiliza-se um eletrodo inerte de platina imerso na solução ácida.

Passo 4

A lâmina de platina serve como condutor e catalisador inerte. Ela fornece uma superfície metálica onde o gás H_2 se adsorve, facilitando a troca de elétrons com os íons H^+. Sem essa superfície, a reação seria muito lenta, pois o hidrogênio não se oxidaria/reduziria eficientemente.

Resposta

(a) 2\,H^+(\text{aq}) + 2\,e^- \longrightarrow H_2(\text{g})
(b) Temperatura de 25\,^\circ C, pressão de 1\\ \text{atm} para H_2, concentração de H^+ igual a 1\\ \text{M}.
(c) A lâmina de platina é um condutor inerte que adsorve H_2 e atua como catalisador, acelerando a transferência de elétrons.

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