Considere a célula galvânica \mathrm{Zn}(\mathrm{s}) / \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq}) / / \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{Cu}(\mathrm{s}). Qual alternativa está correta?
a) O Zn é o cátodo e os elétrons fluem de \mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{Zn}.
b) O Zn é o ânodo e os elétrons fluem de \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Cu}.
c) O Cu é o ânodo e ocorre redução no Zn.
d) A ponte salina serve para transportar elétrons entre os eletrodos.
e) O fluxo de íons na ponte salina ocorre sempre do cátodo para o ânodo, independentemente do sistema.

Passo 1

O enunciado dá a célula galvânica \mathrm{Zn}(\mathrm{s}) / \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq}) \;//\; \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) e pede que escolha a alternativa correta entre as opções (a) a (e).
Informações relevantes fornecidas:
  • Eletrodos: \mathrm{Zn}(\mathrm{s})/\mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq}) e \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})/\mathrm{Cu}(\mathrm{s}).
  • É uma célula galvânica (ou seja, espontânea como apresentada pelo enunciado).
  • As alternativas descrevem quem é ânodo/cátodo, o sentido dos elétrons, função da ponte salina e direção do fluxo de íons.

Passo 2

Entendendo os conceitos básicos (passo-a-passo, sem pressa):
  • Oxidação é a perda de elétrons. Uma meia-reação de oxidação tem a forma, por exemplo, \mathrm{M} \to \mathrm{M}^{n+} + n\,\mathrm{e}^-.
  • Redução é o ganho de elétrons. Uma meia-reação de redução tem a forma, por exemplo, \mathrm{A}^{m+} + m\,\mathrm{e}^- \to \mathrm{A}.
  • Na célula eletroquímica: o ânodo é o eletrodo onde ocorre oxidação; o cátodo é o eletrodo onde ocorre redução.
  • Os elétrons saem do ânodo, via circuito externo, e vão para o cátodo. Ou seja, sentido dos elétrons: \text{ânodo} \rightarrow \text{cátodo}âá.

Passo 3

Vamos usar os potenciais padrão de redução (esses valores são fundamentais para decidir quem reduz e quem oxida). As meias-reações e seus potenciais padrão são:
\mathrm{Zn}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^- \to \mathrm{Zn} \qquad E^\circ = -0{,}76\\ \mathrm{V}
\mathrm{Cu}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^- \to \mathrm{Cu} \qquad E^\circ = +0{,}34\\ \mathrm{V}
Interpretação importante: quanto mais positivo o E^\circ de redução, maior a tendência daquele par iônico ser reduzido (ou seja, melhor aceitador de elétrons).

Passo 4

Comparando os E^\circ: \mathrm{Cu}^{2+}/\mathrm{Cu} tem E^\circ = +0{,}34\\ \mathrm{V} (mais positivo) e \mathrm{Zn}^{2+}/\mathrm{Zn} tem E^\circ = -0{,}76\\ \mathrm{V} (mais negativo). Portanto:
  • \mathrm{Cu}^{2+} tem maior tendência a ser reduzido, então a meia-reação de redução ocorrerá no eletrodo de cobre: \mathrm{Cu}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^- \to \mathrm{Cu}\quad(\text{no cátodo}).á
  • Consequentemente, o zinco será oxidado: \mathrm{Zn} \to \mathrm{Zn}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^-\quad(\text{no ânodo}).â
Logo, os elétrons fluem de \mathrm{Zn} para \mathrm{Cu}: \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Cu}.

Passo 5

Escrevendo a reação global e calculando a tensão da célula (confirmação de espontaneidade):
Meia-oxidação (ânodo):
\mathrm{Zn} \to \mathrm{Zn}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^-
Meia-redução (cátodo):
\mathrm{Cu}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^- \to \mathrm{Cu}
Reação global:
\mathrm{Zn} + \mathrm{Cu}^{2+} \to \mathrm{Zn}^{2+} + \mathrm{Cu}
Tensão padrão da célula:
E^\circ_{\text{célula}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo}} = 0{,}34 - (-0{,}76) = 1{,}10\\ \mathrm{V}.éáâ
Como E^\circ_{\text{célula}}>0é, a reação é espontânea na direção escrita (Zn oxida, Cu2+ reduz), compatível com uma célula galvânica.

Passo 6

Função da ponte salina e fluxo de íons (para responder às alternativas d) e e)):
  • A ponte salina não transporta elétrons; ela permite o fluxo de íons (cargas) para manter neutralidade elétrica nas duas semicélulas, evitando que o processo pare por acúmulo de carga. Logo, afirmar que ela transporta elétrons é incorreto.
  • Direção típica dos íons na ponte: cátions migram para o cátodo (para neutralizar o excesso de carga negativa gerada pela redução) e ânions migram para o ânodo (para neutralizar o excesso de carga positiva gerada pela oxidação). Isso depende de qual eletrodo é ânodo/cátodo no sistema particular — não é uma regra fixa “sempre do cátodo para o ânodo”. Portanto a alternativa que diz que o fluxo de íons ocorre sempre do cátodo para o ânodo está errada.

Passo 7

Agora avalio as alternativas rapidamente com base nos passos anteriores:
  • (a) “O Zn é o cátodo e os elétrons fluem de \mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{Zn}.” — falso (é o inverso: Zn é ânodo).
  • (b) “O Zn é o ânodo e os elétrons fluem de \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Cu}.” — verdadeiro (coincide com a análise e com E^\circ).
  • (c) “O Cu é o ânodo e ocorre redução no Zn.” — falso (contradiz quem reduz/oxida).
  • (d) “A ponte salina serve para transportar elétrons entre os eletrodos.” — falso (transporta íons, não elétrons).
  • (e) “O fluxo de íons na ponte salina ocorre sempre do cátodo para o ânodo, independentemente do sistema.” — falso (direção depende do que está ocorrendo; regra correta: cátions → cátodo e ânions → ânodo, que não é sempre “cátodo → anodo” para todos os íons).

Resposta

b)

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