Durante um trabalho de monitoramento ambiental em uma área remota, a batena do medidor portátil de pH falha. A equipe improvisa uma pequena pilha usando tiras metálicas encontradas no kit de reposição: zinco e cobre. Soluções de \mathrm{ZnSO}_{4} e \mathrm{CuSO}_{4} a 1,0 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{~L}^{-1} também estão disponíveis para manutenção do equipamento, analisando os potenciais das semirreações ( \mathrm{Zn}^{2+} / \mathrm{Zn}=-0,76 \mathrm{~V} \mathrm{e} \mathrm{Cu}{ }^{2+} / \mathrm{Cu}=0,34 \mathrm{~V} ), responda:
a) Monte a pilha eletroquímica (representação da pilha).
b) Indique quem é o ânodo e quem é o cátodo.
c) Escreva a reação global.
d) Calcule a ddp padrão ( \mathrm{E}^{\circ} ).
Passo 1
O enunciado dá:
Duas lâminas metálicas: zinco e cobre.
Soluções de \mathrm{ZnSO}_{4} e \mathrm{CuSO}_{4} a 1,0\\ \mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1}.
O que se pede:
(a) montar a representação da pilha eletroquímica (notação da pilha);
(b) indicar o ânodo e o cátodo;
(c) escrever a reação global (balanceada);
(d) calcular a ddp padrão \,E^{\circ}\, da pilha.
Passo 2
Conceitos essenciais (bem mastigados):
Cada potencial dado é um potencial de redução padrão \,E^{\circ}_{\text{red}}, que indica a tendência daquela meia-reação a ganhar elétrons (reduzir-se). Valores mais positivos indicam maior facilidade em reduzir.
O ânodo é onde ocorre oxidação (perda de elétrons). O cátodo é onde ocorre redução (ganho de elétrons).
Em célula galvânica, os elétrons fluem do ânodo para o cátodo através do circuito externo.
Para calcular a ddp padrão da célula usamos a fórmula
E^{\circ}_{\text{cátodo}} é o potencial de redução da meia-reação que efetivamente reduz.
E^{\circ}_{\text{ânodo}} é o potencial de redução da meia-reação que, na célula, será invertida (ou seja, a que se oxida).
Passo 3
Decisão sobre quem reduz e quem oxida:
Comparando os potenciais de redução: 0,34\\ \mathrm{V} (cobre) é maior que -0,76\\ \mathrm{V} (zinco). Logo o cobre tem maior tendência a reduzir e será o cátodo; o zinco, com potencial mais negativo, será oxidado (ânodo).
Meia-reações (forma de escrever):
Redução (no cátodo): \mathrm{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(s).
Oxidação (no ânodo, escrita da forma de oxidação): \mathrm{Zn}(s) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^{-}.
Passo 4
Montagem da notação da pilha (representação padrão):
Na notação de pilha, escreve-se ônodo à esquerda e cátodo à direita, com uma barra vertical | separando fases e dupla barra \parallel para a ponte salina. Como as concentrações são 1,0\\ \mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1}, colocam-se essas concentrações junto aos íons.
Observação pedagógica: isso também é igual a somar o potencial de redução do cátodo com o potencial de oxidação do ânodo (sendo o potencial de oxidação do zinco +0,76\\ \mathrm{V}), portanto o resultado é o mesmo.