Uma célula voltaica é construída, a qual usa a seguinte reação e funciona a 298 K :
Qual a fem da célula
e
?
Passo 1
O enunciado dá a reação global da célula e as condições:
Temperatura:
.
Concentrações: e
.
O que é pedido: a fem (tensão) da célula nessas condições, ou seja da célula a
com as concentrações dadas.
Concentrações:
O que é pedido: a fem (tensão) da célula nessas condições, ou seja
Passo 2
Vamos escrever as semi‑reações de redução (padrão) envolvidas e os potenciais-padrão de redução correspondentes. Isso é importante para descobrir qual eletrodo é cátodo (reduz) e qual é ânodo (oxida). As semi‑reações são:
Redução do níquel:
Redução do níquel:
Redução do zinco:
Explicação curta:
é o potencial de redução padrão; valores tabulados mostram que
é menos negativo que
, logo
se reduz (cátodo) e o zinco se oxida (ânodo) na reação dada.
Passo 3
Calcular a fem padrão da célula
. A fórmula é
Aqui o cátodo é
e o ânodo é
. Substituindo:
Explicação: subtrai-se o potencial de redução do ânodo do potencial de redução do cátodo para obter o potencial padrão da célula.
Passo 4
Agora precisamos ajustar para as concentrações não‑padrão usando a equação de Nernst. A forma da equação de Nernst a
em base decimal é
onde:
-
é a fem nas condições dadas; -
é a fem padrão da célula; -
é o número total de elétrons transferidos na reação balanceada (aqui ); -
é o quociente de reação (expressão das concentrações).
Breve origem do: é avaliado em , com constante dos gases e constante de Faraday.
Passo 5
Escrever o quociente de reação
para a reação fornecida. Para a reação
os sólidos não aparecem em
. Assim
Substituindo as concentrações dadas (dados do enunciado):
Passo 6
Calcular o termo de correção
. Primeiro
, então
Agora
. Calculando (ou lembrando da tabuada de logaritmos):
Multiplicando:
Passo 7
Aplicar a equação de Nernst:
Como
,
Arredondando razoavelmente para três algarismos significativos (coerente com dados de entrada):
Comentário de amigo: deu uma fem positiva, então a reação espontânea na direção dada (Zn oxida, Ni2+ reduz) está coerente — ótimo sinal para a célula!