Descreva o funcionamento de uma pilha que funciona a base de cobre e zinco, descrevendo quem é o anodo, o catodo e as reações envolvidas.

Passo 1

Você quer entender como funciona uma pilha construída com eletrodos de cobre e zinco. Esse é o clássico exemplo de pilha de Daniell, que envolve conceitos de semi-reações de oxidação e redução, posição de ânodo e cátodo e fluxo de elétrons pelo circuito externo. Vamos usar a definição de que no ânodo ocorre oxidação (perda de elétrons) e no cátodo ocorre redução (ganho de elétrons).

Passo 2

Identificamos as duas semi-reações possíveis: uma no eletrodo de zinco imerso em solução de \mathrm{Zn^{2+}} e outra no eletrodo de cobre imerso em solução de \mathrm{Cu^{2+}}. Para saber qual é ânodo e qual é cátodo, comparamos os potenciais padrão de redução:
E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0,76\\ \mathrm{V},\qquad E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = +0,34\\ \mathrm{V}.
O eletrodo com menor potencial de redução funciona como ânodo (oxida), e o com maior potencial como cátodo (reduz).

Passo 3

No ânodo (eletrodo de zinco) ocorre a oxidação do metal:
\mathrm{Zn(s)} \longrightarrow \mathrm{Zn^{2+}(aq)} + 2\,e^{-}.
Isto significa que átomos de zinco liberam elétrons para o circuito externo e viram íons \mathrm{Zn^{2+}} na solução.

Passo 4

No cátodo (eletrodo de cobre) ocorre a redução dos íons cobre:
\mathrm{Cu^{2+}(aq)} + 2\,e^{-} \longrightarrow \mathrm{Cu(s)}.
Aqui os elétrons vindos do ânodo são consumidos para depositar cobre metálico sobre o eletrodo.

Passo 5

Os elétrons fluem do zinco para o cobre pelo fio externo, gerando corrente elétrica. Para neutralizar as cargas, íons migram pela ponte salina ou pelo eletrólito. A reação global da pilha é a soma das duas semi-reações:
\mathrm{Zn(s)} + \mathrm{Cu^{2+}(aq)} \longrightarrow \mathrm{Zn^{2+}(aq)} + \mathrm{Cu(s)}.
O potencial padrão da pilha é
E^\circ_{\text{cel}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ânodo}} = 0,34\\ \mathrm{V} - (-0,76\\ \mathrm{V}) = 1,10\\ \mathrm{V}.áâ

Resposta

Ânodo (oxidação):
\mathrm{Zn(s)} \to \mathrm{Zn^{2+}(aq)} + 2\,e^{-}.
Cátodo (redução):
\mathrm{Cu^{2+}(aq)} + 2\,e^{-} \to \mathrm{Cu(s)}.
Reação global:
\mathrm{Zn(s)} + \mathrm{Cu^{2+}(aq)} \to \mathrm{Zn^{2+}(aq)} + \mathrm{Cu(s)},
e E^\circ_{\text{cel}} = 1,10\\ \mathrm{V}.

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