1. Como elemento padrão da f.e.m utiliza-se a pilha de Weston.
    a) Explique a constituição da pilha de Weston; ( \mathbf{1 , 5} Valores)
    b) Estabeleça a diferença entre a pilha padrão saturada e não saturada.( 1,5 Valores)

Passo 1

O enunciado pede para descrever o elemento padrão de f.e.m. chamado “pilha de Weston” e, em seguida, apontar em que ela difere quando está saturada ou não saturada. O conteúdo é eletroquímica de células-padrão, e vamos precisar conhecer seus eletrodos, eletrólito, reações e comportamento frente à temperatura.

Passo 2

A pilha de Weston é constituída pelos seguintes componentes:
– Cátodo (polo positivo): eletrodo de mercúrio metálico em contato com sulfato mercurioso sólido.
– Ânodo (polo negativo): amálgama de cádmio metálico.
– Eletrólito: solução aquosa de sulfato de cádmio, além de sulfato de potássio no caso da célula saturada.
O diagrama da célula não saturada é
\mathrm{Cd\,(Hg\text{-amálgama})}\;\bigl|\;\mathrm{CdSO_{4}\,(\text{sat})}\;\Bigl|\Bigr|\;\mathrm{Hg_{2}SO_{4}\,(s)}\;\bigl|\;\mathrm{Hg}á
e as semi-reações são
\mathrm{Cd\,(Hg)}\;\longrightarrow\;\mathrm{Cd^{2+}}+2\,e^{-},
\mathrm{Hg_{2}SO_{4}\,(s)}+2\,e^{-}\;\longrightarrow\;2\,\mathrm{Hg}+\mathrm{SO_{4}^{2-}}.
Em torno de 20^\circ\text{C}, o potencial padronizado vale aproximadamente 1,0183,V.

Passo 3

A diferença entre pilha padrão saturada e não saturada está na composição do eletrólito e no coeficiente de temperatura:
– Pilha não saturada: eletrólito apenas com \mathrm{CdSO_{4}} em concentração de saturação. Tem um coeficiente de temperatura relativamente alto (da ordem de 10^{-5},V/°C), o que faz o potencial variar mais com a temperatura.
– Pilha saturada: além do \mathrm{CdSO_{4}} saturado, adiciona-se \mathrm{K_{2}SO_{4}} também em saturação. A presença de \mathrm{K_{2}SO_{4}} fixa a atividade iônica no eletrólito, reduzindo muito o coeficiente de temperatura (próximo de 10^{-6},V/°C) e, portanto, proporcionando maior estabilidade de potencial num intervalo de temperatura mais amplo.

Resposta

a) A pilha de Weston é formada por eletrodo negativo de amálgama de cádmio, eletrodo positivo de mercúrio/mercurioso, e eletrólito de sulfato de cádmio (e, na versão saturada, também de sulfato de potássio). As semi-reações são
\mathrm{Cd\,(Hg)}\to \mathrm{Cd^{2+}}+2e^{-}, \quad \mathrm{Hg_{2}SO_{4}\,(s)}+2e^{-}\to 2\,\mathrm{Hg}+\mathrm{SO_{4}^{2-}},
resultando em aproximadamente 1,0183,V a 20^\circ\text{C}.
b) Na não saturada, o eletrólito contém só \mathrm{CdSO_{4}} saturado, conferindo um coeficiente de temperatura maior ( \sim10^{-5},V/°C). Na saturada, adiciona-se \mathrm{K_{2}SO_{4}} em saturação, o que reduz o coeficiente de temperatura a \sim10^{-6},V/°C e estabiliza melhor o potencial contra variações térmicas.

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