Q5
A dissolução do cobre (= metal nobre) em ácido nítrico de concentração média (
) não é uma consequência do baixo pH da solução, mas sim, do poder oxidante deste ácido. A reação é acompanhada pelo desenvolvimento de um gás marrom, malcheiroso e tóxico que identificamos como monóxido de nitrogênio. Em cima da peça de cobre que está em fase de corrosão se formam bolinhas deste gás que crescem e se desprendem.
Calcule o potencial eletroquímico
(também conhecido como “força eletromotriz”; unidade: Volt) deste sistema.
Dados:
; a peça é uma moeda da liga
mol
.
Minha recomendação: separe primeiro as semi-equações e aplique a eq. de Nernst nelas, separadamente.
Red:
Dados:
Minha recomendação: separe primeiro as semi-equações e aplique a eq. de Nernst nelas, separadamente.
Passo 1
O que o problema pede: calcular o potencial eletroquímico (força eletromotriz)
do sistema dado pela reação global
Informações relevantes fornecidas (vou listar exatamente os dados que usarei):
Também foi dada a composição da peça: liga
. Como isso influencia a semi-reação do cobre, vou tratar a atividade do cobre sólido como aproximadamente igual à sua fração molar na liga,
.\n
As semi-reações (como sugerido):
Redução (catodo):
As semi-reações (como sugerido):
Redução (catodo):
Oxidação (anodo — escrita como redução padrão para uso na Nernst):
Passo 2
Conceito e estratégia (curtinha e clara): para uma célula eletroquímica
onde cada
é o potencial de redução da respectiva meia-reação sob as condições dadas. Vou calcular separadamente:
-
da meia-reação usando a equação de Nernst com ; -
da meia-reação usando Nernst com , incluindo a atividade do metal na liga ( );
depois farei
Passo 3
Apresentando a equação de Nernst e explicando as variáveis (a “aula” rápida):
A equação de Nernst para uma meia-reação de redução genérica com elétrons é
A equação de Nernst para uma meia-reação de redução genérica com
onde:
-
é o potencial de redução nas condições da reação; -
é o potencial padrão de redução (quando todas as atividades são 1); -
é a constante dos gases ( ); -
é a temperatura em kelvin; -
é a constante de Faraday ( ); -
é o número de elétrons trocados na meia-reação; -
é o quociente de reação (produtos/reativos, usando atividades), calculado para a meia-reação escrita como redução.
Vou aplicar isso explicitamente para cada meia-reação, explicando como montar
.
Passo 4
Cálculo do potencial de redução da meia-reação
.
Meia-reação:
Aqui
. O quociente de reação, tomando atividades de água = 1, é
pois
é dado pela pressão parcial
(em atm) e usamos concentrações para espécies aquosas.
Calculemos passo a passo:
Agora a constante térmica na fração:
Aplicando Nernst:
Arredondando com cuidado:
Passo 5
Cálculo do potencial de redução da meia-reação
, incluindo a liga.
Meia-reação (como redução):
com
. Para essa meia-reação o quociente é
onde uso
para a atividade do cobre sólido na liga. Pelo enunciado, a liga é Ag/Cu = 40/60, então aproximo
(fração molar idealizada).
Aplicando Nernst:
Calculos intermediários:
Arredondando:
Comentário rápido (pra ficar claro): se tivéssemos tratado o cobre como metal puro (
) obtínhamos um valor ligeiramente menor (
), mas o enunciado deu a composição da liga, então incorporei
.
Passo 6
Cálculo final da força eletromotriz:
Substituindo os valores obtidos:
Arredondando com três algarismos significativos:
Resposta
0,647 V