35 (Unimontes-MG) As pilhas alcalinas são constituídas de eletrodos de zinco e de manganês, sendo o eletrólito o hidróxido de potássio, daí a denominação alcalina. A reação global que ocorre na pilha pode ser representada pela equação:
De acordo com essa equação, responda:
a) Qual é o anodo? Justifique sua resposta usando o estado de oxidação dos respectivos constituintes.
b) Indicando a substância constituinte de cada eletrodo, qual é o sentido do fluxo de elétrons na pilha em funcionamento?
a) Qual é o anodo? Justifique sua resposta usando o estado de oxidação dos respectivos constituintes.
b) Indicando a substância constituinte de cada eletrodo, qual é o sentido do fluxo de elétrons na pilha em funcionamento?
Passo 1
O enunciado dá a reação global da pilha alcalina:
As perguntas são:
a) Qual é o ânodo? Justificar usando os estados de oxidação.
b) Indicando a substância constitutiva de cada eletrodo, qual é o sentido do fluxo de elétrons na pilha em funcionamento?
a) Qual é o ânodo? Justificar usando os estados de oxidação.
b) Indicando a substância constitutiva de cada eletrodo, qual é o sentido do fluxo de elétrons na pilha em funcionamento?
Informações relevantes que temos (retiradas do enunciado):
- Espécies envolvidas:
, , , , . - É uma pilha alcalina (eletrólito básico, contém
em solução).
Passo 2
Conceito necessário (explicado passo a passo): como usar números de oxidação para identificar ânodo e cátodo.
- Definição prática de número de oxidação: é um número que representa a carga “formal” que um átomo teria em uma ligação, seguindo regras simples.
- Regras úteis que vamos usar:
- Um átomo em sua forma elemental tem estado de oxidação
. Ex.: tem . - Oxigênio em compostos (salvo peróxidos e exceções) tem
. - Hidrogênio em compostos com não-metais tem
. - A soma dos estados de oxidação das espécies num composto neutro deve ser
; para íons, deve dar a carga do íon.
- Um átomo em sua forma elemental tem estado de oxidação
- Como identificar ânodo/cátodo:
- A oxidação é a perda de elétrons (aumenta o número de oxidação). Ocorre no ânodo.
- A redução é o ganho de elétrons (diminui o número de oxidação). Ocorre no cátodo.
- Estratégia: calcular os números de oxidação dos átomos-chaves (Zn e Mn) nos reagentes e produtos; ver quem aumenta e quem diminui.
Passo 3
Calcular números de oxidação das espécies relevantes.
- Zinco:
- Em estado elementar:
tem número de oxidação . - Em
: cada tem carga total . No composto neutro , a soma das três unidades é . Oxigênio em é , hidrogênio é . Logo o ião central deve ser para que . Portanto:
Isto é, o zinco aumentou seu número de oxidação (perdeu elétrons) — sinal de oxidação.
- Manganês:
- Em
: cada oxigênio é , há 2 oxigênios, soma ; o composto é neutro, então o Mn tem . - Em
: há 3 oxigênios com cada, soma ; o composto é neutro, então a soma dos dois Mn deve ser , ou seja cada Mn é .
Isto é, o manganês diminuiu seu número de oxidação (ganhou elétrons) — sinal de redução.
Passo 4
Interpretação dos resultados (ligando teoria à pilha).
- Observamos que
passa de para : perdeu elétrons → sofreu oxidação → ocorre no ânodo. - Observamos que
passa de para : ganhou elétrons → sofreu redução → ocorre no cátodo. - Portanto, o ânodo é o eletrodo de zinco (
) e o cátodo é o eletrodo contendo (manganês(IV) em dióxido de manganês).
Passo 5
Escrever as semirreações (meio básico) para ver os elétrons e confirmar o sentido da corrente.
Oxidação (ânodo, zinco):
- Aqui
vai para combinando com para formar ; aparecem elétrons livres (perda de elétrons).
Redução (cátodo, manganês):
- Verificação rápida de balanceamento: número de Mn, O e H conferem; cargas também conferem (ambos lados com carga
quando se conta os elétrons). Aqui cada Mn reduz de para recebendo, no total, 2 elétrons.
Somando as duas semirreações os elétrons se cancelam e obtemos exatamente a reação global dada:
Passo 6
Concluir sobre o sentido do fluxo de elétrons e qual substância está em cada eletrodo.
- Como a oxidação ocorre no ânodo (zinco), os elétrons liberados pelo zinco saem do eletrodo de zinco e percorrem o circuito externo em direção ao eletrodo onde ocorre a redução (o eletrodo de
). - Portanto os elétrons fluem do eletrodo de
para o eletrodo de (do ânodo para o cátodo). - Resumindo a constituição dos eletrodos: ânodo = eletrodo de zinco (
); cátodo = eletrodo com dióxido de manganês ( ).
Resposta
a) O ânodo é o eletrodo de zinco (
), pois o zinco muda de estado de oxidação
para
(há oxidação).
b) Eletrodo negativo (ânodo): . Eletrodo positivo (cátodo):
. O fluxo de elétrons é do eletrodo de
para o eletrodo de
(do ânodo para o cátodo).
b) Eletrodo negativo (ânodo):