Com base nos potenciais padrão de redução, calcule o potencial padrão da célula voltaica para cada uma das seguintes reações (já balanceadas) a 298 K :
Passo 1
O enunciado dá a reação já balanceada a
:
O que se pede: calcular o potencial padrão da célula voltaica para essa reação a
.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
- A reação global está escrita e balanceada.
- A temperatura é
(condições padrão usualmente usadas para potenciais padrão). - É necessário usar potenciais padrão de redução (tabela de
) para as semi-reações envolvidas.
Passo 2
Explicando o que é o potencial padrão de célula e como vamos proceder (passo-a-passo didático e sem pular etapas).
- Definição importante: o potencial padrão de célula,
, é a diferença de potencial entre o cátodo e o ânodo quando todas as espécies estão em suas condições padrão (concentração , para gases, ). - Convenção: as tabelas fornecem potenciais padrão de redução
para semi-reações do tipo redução (ganho de elétrons). A semi-reação com maior (mais positivo) atua como cátodo (reduz), e a outra é invertida (oxidação) no ânodo. - Fórmula prática que usaremos:
onde ambos os termos do lado direito são potenciais padrão de redução retirados da tabela.
Agora precisamos das duas semi-reações redutoras e seus
(valores de tabela):
- Semi-reação padrão do eletrodo padrão de hidrogênio (por convenção):
- Semi-reação do sistema cobalto:
valor retirado de uma tabela padrão de potenciais (
; alguns manuais dão
, arredondei para duas casas como é comum).
Passo 3
Escrever as semi-reações, identificar qual se reduz e qual se oxida no processo global.
As duas semi-reações de redução (da tabela) são:
Na reação global dada no enunciado a espécie que é formada do lado direito em redução é
— logo o par
atua como cátodo (reduz). O cobalto metálico aparece do lado esquerdo como
e é convertido em
, ou seja, o par
está sendo oxidado (a semi-reação de redução da tabela deve ser invertida para representar oxidação).
Reescrevendo a semi-reação de cobalto como oxidação (invertemos a semi-reação e trocamos o sinal do
):
Observação: o
de oxidação é o negativo do
de redução listado na tabela.
Verificação: somando as semi-reações (elétrons cancelam) obtemos exatamente a reação do enunciado:
Passo 4
Cálculo do potencial padrão da célula.
Usando a fórmula
onde ambos são potenciais de redução da tabela. Aqui:
-
. -
.
Portanto:
Comentário prático: também se pode somar o potencial de redução do cátodo com o potencial de oxidação do ânodo:
é o mesmo resultado porque
.
Passo 5
Interpretação física rápida e cálculo da energia livre padrão (pra dar contexto, útil na prova).
- Como
, a reação sob condições padrão é espontânea no sentido escrito (Co oxidando, H+ reduzindo). - Relação com energia livre padrão:
onde
é o número de elétrons transferidos (
aqui) e
é a constante de Faraday (
). Calculando:
Isto confirma que a reação libera energia livre padrão (negativa), coerente com
.