Determine, usando a equação de Nernst, o potencial das seguintes células:
(aq),
]
Passo 1
O enunciado dá a célula eletroquímica na forma de notação de pilha:
O que é pedido: determinar o potencial da célula usando a equação de Nernst.
Informações relevantes fornecidas:
- Concentração de
: (peguei do enunciado). - Concentração de
: (peguei do enunciado). - Sólidos
e aparecem na notação (são fases sólidas). - Não foi dada a temperatura, então assumimos temperatura padrão
(hipótese usual em exercícios se não informado).
Passo 2
Identificar as semi-reações e os potenciais padrão de redução (valores de tabela usados aqui, comuns em química):
- Semi-reação de zinco (redução):
com . - Semi-reação de níquel (redução):
com .
Comparando os potenciais padrão: o par com menor
(mais negativo) se oxida como ânodo em um eletrodo espontâneo. Aqui
é mais negativo que
, logo o zinco será oxidado (ânodo) e o níquel será reduzido (cátodo).
Escrevendo a reação global (somando oxidação de Zn e redução de Ni):
- Oxidação (ânodo):
. - Redução (cátodo):
.
Reação total:
Potencial padrão da célula:
Substituindo:
Passo 3
Apresentar e explicar a equação de Nernst (a forma prática em 25{,}0 °C).
A equação geral é
A equação geral é
onde:
-
é o potencial da célula nas condições dadas, -
é o potencial padrão da célula (calculado acima), -
é a constante dos gases ideais ( ), -
é a temperatura em kelvin ( assumidos), -
é o número de elétrons trocados na reação total (aqui ), -
é a constante de Faraday ( ), -
é o quociente de reação (expressão das concentrações das espécies participantes na forma produto/reactante, excluindo sólidos e solvente).
Para
é comum usar a forma com logaritmo decimal:
onde
é o valor aproximado de
a
. Esta forma facilita contas sem calculadora complexa.
Passo 4
Determinar o quociente de reação
.
Para a reação escrita
apenas as espécies aquosas entram em
. Portanto
Usando as concentrações dadas (peguei do enunciado):
Então
.
Passo 5
Calcular o potencial da célula usando a equação de Nernst.
Substituindo
,
e
na forma prática:
Primeiro calcule o termo:
Logo
Arredondando de forma razoável (três algarismos significativos) obtemos
Observação física:
indica que a reação escrita (Zn oxidando, Ni reduzindo) é espontânea nas condições dadas — o zinco tende a oxidar e o níquel a reduzir.