Calcular \varepsilon^{0} para cada uma das células abaixo: \mathrm{Fe}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Fe}^{+2}(1 \mathrm{M}) \| \mathrm{H}^{+}(1 \mathrm{M})\right| \mathrm{H}_{2}(1 \mathrm{~atm}) \mid \mathrm{Pt}(\mathrm{s})
Passo 1
O enunciado pede calcular \varepsilon^{0} (o potencial padrão da célula) para a célula eletroquímica fornecida. As informações dadas são:
Eletrodos e meios: \mathrm{Fe}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Fe}^{+2}(1\\ \mathrm{M}) \parallel \mathrm{H}^{+}(1\\ \mathrm{M})\right|\mathrm{H}_{2}(1\\ \mathrm{atm})\mid \mathrm{Pt}(\mathrm{s}).
Concentrações e pressão: \mathrm{[Fe^{2+}]}=1\\ \mathrm{M}, \mathrm{[H^{+}]}=1\\ \mathrm{M}, p(\mathrm{H}_2)=1\\ \mathrm{atm}.
O que se pede: calcular o potencial padrão da célula, \varepsilon^{0}, considerando as condições dadas.
Passo 2
Entendendo o que é \varepsilon^{0} e quais meias-reações usar.
Breve aula: o potencial padrão de uma célula \varepsilon^{0}_{\text{cel}} é a diferença entre os potenciais padrão de redução dos dois eletrodos quando todas as espécies estão em suas condições padrão (1 M, 1 atm, 25 °C). Por convenção, o eletrodo de hidrogênio tem potencial padrão de redução igual a 0\\ \mathrm{V}:
\text{Meia-reação do eletrodo padrão de hidrogênio (redução):}\quad 2\mathrm{H}^{+} + 2\mathrm{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{H}_{2}\qquad \varepsilon^{0}=0\\ \mathrm{V}.çããêçã
Para o sistema ferro, a meia-reação de redução relevante é:
Valor de tabela: o potencial padrão de redução para \mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe} é \varepsilon^{0}(\mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe}) = -0{,}44\\ \mathrm{V}.
(Esse valor é obtido em tabelas padrão de potenciais de eletrodo.)
Passo 3
Verificar que as condições dadas são condições-padrão.
As concentrações e a pressão fornecidas são \mathrm{[Fe^{2+}]}=1\\ \mathrm{M}, \mathrm{[H^{+}]}=1\\ \mathrm{M} e p(\mathrm{H}_2)=1\\ \mathrm{atm}. Como tudo está em condições padrão, podemos usar diretamente os potenciais padrão de redução listados em tabelas para calcular \varepsilon^{0}_{\text{cel}}.
Passo 4
Determinar qual eletrodo será cátodo (redução) e qual será ânodo (oxidação).
O eletrodo com maior potencial de redução (mais positivo) sofre redução — portanto o eletrodo de hidrogênio é o cátodo e o ferro será oxidado (ânodo). A meia-reações na célula são:
Ânodo (oxidação): \mathrm{Fe}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{Fe}^{2+} + 2\mathrm{e}^{-} (esta é a oxidação inversa da redução com \varepsilon^{0}_{\text{red}}=-0{,}44\\ \mathrm{V}).
Alternativa (mesma conta, vista de outra forma): somar potencial de redução do cátodo com o potencial de oxidação do ânodo (potencial de oxidação do ânodo é +0{,}44\\ \mathrm{V}), dando também 0{,}44\\ \mathrm{V}.
Passo 6
Equação global da célula e interpretação rápida.
Reagindo as duas meias-reações (elétrons se cancelam) obtém-se a reação global: