Considere uma pilha voltaica com ponte salina representada pela seguinte reação:
b) Que eletrodo pode ser utilizado no cátodo?
b) Que eletrodo pode ser utilizado no cátodo?
Passo 1
O enunciado dá a reação global da pilha:
A pergunta (item b) é: que eletrodo pode ser utilizado no cátodo?
Passo 2
Vamos entender o que o cátodo precisa fazer. Primeiro identifiquemos qual espécie é reduzida (recebe elétrons) observando as variações de estados de oxidação:
- Cálcio metálico:
tem estado de oxidação e vai para (estado ). Ou seja, perda de elétrons → oxidação. - Íon hidrogênio:
tem estado e vai para (estado ). Ou seja, ganho de elétrons → redução.
Portanto a redução ocorre sobre o par
; a redução acontece no cátodo.
Passo 3
Escrevemos as semi-reações para ficar cristalino qual reação ocorre no cátodo e qual no ânodo.
Semi-reações:
reação de oxidação (ânodo):
reação de oxidação (ânodo):
reação de redução (cátodo):
Note que a equação de redução mostra exatamente o que o cátodo deve favorecer: aceitar elétrons e permitir que
se recombine em
.
Passo 4
Agora: que tipo de eletrodo é adequado para essa meia-reação de redução? Requisitos práticos do cátodo:
- Conduzir elétrons (ser bom condutor).
- Não reagir quimicamente com as espécies presentes (ou seja, ser inerte perante
e ). - Preferencialmente catalisar a evolução de
(facilitar a recombinação de prótons em gás hidrogênio), para que a reação ocorra com menor sobrepotencial.
Eletrodos que cumprem isso: metais inertes e catalíticos como platina, ou materiais condutores inertes como grafite (carvão). Entre eles, a platina é clássica porque é um excelente catalisador da reação
e é quimicamente inerte ao meio ácido.
Passo 5
Exemplos concretos que você pode citar na prova (explique assim para o professor):
- Eletrodo de platina (Pt): é a escolha padrão — não é consumido, conduz bem e catalisa a evolução de
. Pode ser usado como eletrodo de trabalho diretamente imerso na solução ácida ou como eletrodo de hidrogênio padrão (eletrodo de hidrogênio padrão = Pt(s) em contato com a 1 bar e solução com ). - Eletrodo de grafite (carbono): também pode ser usado como eletrodo inerte; funciona, mas é menos eficiente cataliticamente do que Pt — pode exigir maior sobrepotencial para a evolução de
.
Dica prática para a prova: se o enunciado pedir “um eletrodo”, responda “eletrodo de platina (Pt)” e, se quiser mostrar que sabe da alternativa, acrescente “ou grafite como opção menos ideal”.
Passo 6
Resumo conceitual rápido para decorar: o cátodo é onde ocorre redução; a meia-reaçãodo cátodo aqui é
Logo usa-se um eletrodo inerte que catalise essa transformação — tipicamente
(ou grafite).
Resposta
Eletrodo de platina (Pt), por exemplo o eletrodo de hidrogênio padrão (Pt com
); alternativa menos eficiente: eletrodo de grafite.