- Calcule o potencial da célula reversível de uma célula de combustível com o
que opera a uma temperatura ambiente com 3 atm de
puro e 5 atm de ar.
Passo 1
O que o enunciado pede e quais dados nos dá.
- Pedido: calcular o potencial de célula reversível para a célula com reação
que opera em temperatura ambiente, com a e ar a . - Dados fornecidos no enunciado:
- pressão do
: ; - pressão do ar:
.
- pressão do
- Observação necessária (usada a seguir): o ar contém aproximadamente
de por pressão parcial, então o disponível tem pressão parcial . - Vamos assumir “temperatura ambiente” igual a
(ou seja, ) e comportamento ideal dos gases. Também usarei o potencial-padrão da célula para à : .
Passo 2
Identificar a reação e o quociente de reação
.
A reação global (forma usual para célula combustível) é
Para esta reação, a atividade da fase líquida
é aproximadamente
. O quociente de reação
(usando pressões parciais para as espécies gasosas) é
Passo 3
Escrever a equação de Nernst para a célula e simplificá-la.
A equação de Nernst para potencial de célula reversível é
onde:
-
é o potencial da célula nas condições dadas; -
é o potencial padrão (a usaremos ); -
é a constante dos gases ( ); -
é a temperatura absoluta (em K); -
é o número de elétrons transferidos por mol de reação (aqui ); -
é a constante de Faraday ( ); -
é o quociente de reação definido no passo anterior.
Substituindo
obtemos
Como
, isso fica
Passo 4
Determinar a pressão parcial de
(usando o dado do ar).
Usando a aproximação de que o ar tem
de
em fração molar/pressão:
Portanto os valores numéricos que vamos usar são
e
.
Passo 5
Calcular o fator
numericamente à
.
Calcular primeiro
:
Como
,
Passo 6
Calcular o termo logarítmico
e multiplicar por
.
Calcular logs naturais:
Somando:
Multiplicando por
:
Passo 7
Calcular o potencial da célula nas condições dadas.
Usando
e acrescentando o termo calculado: