Escreva a reação da célula e as semirreações dos eletrodos e calcule o potencial padrão de cada uma das seguintes células:
Passo 1
O enunciado pede: escrever a reação global da célula eletroquímica, escrever as semirreações dos eletrodos e calcular o potencial padrão da célula para a seguinte montagem:
Informações relevantes fornecidas:
- Eletrodo esquerdo: eletrodo de platina em solução contendo as formas oxidada/reduzida do complexo ferrocianeto/ferricianeto (as espécies ativas na reação são os íons complexos
e ). - Eletrodo direito: eletrodo de cromo metálico em presença de
(isto é, em solução e no eletrodo). - O que pedir: (1) semirreações dos eletrodos (indicar redução/oxidação), (2) reação global balanceada, (3) potencial padrão da célula (
) e, quando útil, os potenciais-padrão das semirreações.
Passo 2
Entender quais são as semirreações envolvidas (sem usar ainda valores numéricos): as duas metades plausíveis são
Explicação didática: uma semirreação escrita com seta dupla indica a forma reduzida e oxidada trocando elétrons. A primeira equação troca um elétron por íon complexo; a segunda troca três elétrons por íon
. O eletrodo de platina é inerte (serve só para transferir elétrons entre o metal e as espécies em solução), a reação real no eletrodo esquerdo ocorre entre os íons complexos em solução.
Passo 3
Apresentar os potenciais-padrão de redução (valores tabelados) e o que eles significam:
- O potencial padrão de redução do par
é
- O potencial padrão de redução do par
é
O que isso quer dizer (didático): um potencial de redução mais positivo indica maior tendência a ganhar elétrons (ser reduzido). Valores são medidos em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio (SHE) e são encontrados em tabelas de eletroquímica. Aqui estou usando os valores padrão conhecidos dessas semirreações.
Passo 4
Determinar qual eletrodo será cátodo (redução) e qual será ânodo (oxidação):
- Compare
de redução das duas semirreações: (ferro/ferri) versus (Cr). - A semirreação com maior
será a que ocorre como redução no cátodo. Portanto o par será reduzido no cátodo. - Consequentemente o cromo metálico será oxidado no ânodo (a oxidação é o inverso da semirreação de redução tabulada para
).
Explicação curta: o elétron “corre” do eletrodo com menor afinidade por ganhos (mais negativo) para o que tem maior afinidade (mais positivo).
Passo 5
Escrever as semirreações como vão aparecer na célula (com indicação de direção em operação):
- Semirreação do cátodo (redução):
- Semirreação do ânodo (oxidação): inverter a semirreação de redução do cromo
Observação didática:
do cromo é o negativo do
tabelado; como
tem
, a oxidação inversa tem potencial numérico
quando considerada como reação de oxidação.
Passo 6
Balancear elétrons e combinar as semirreações para obter a reação global:
- A semirreação do cátodo consome
elétron por unidade . - A semirreação do ânodo gera
elétrons por átomo de . - Para balancear elétrons, multiplica-se a semirreação do cátodo por
:
que fica
- Somando com a oxidação do cromo:
os
se cancelam e obtemos a reação global (net ionic):
Comentário sobre íons espectadores: na montagem experimental real, as formas são presentes como sais de potássio (
e
) e
fornece
como contra-íons; esses contra-íons não participam da mudança de oxidação e são espectadores—por isso escrevemos a reação iônica líquida em termos dos íons
,
e
.
Passo 7
Calcular o potencial padrão da célula
:
- Fórmula básica (usada em provas):
onde ambos os
são os potenciais de redução tabelados.
- Substituindo:
- Alternativa equivalente (intuitiva): some o potencial de redução do cátodo com o potencial de oxidação do ânodo:
Explicação didática: é importante sempre usar os potenciais de redução tabulados (mesmo para o ânodo) e fazer a diferença cátodo menos ânodo; assim evita-se erros de sinal.
Passo 8
Resumo final das semirreações (na direção efetiva durante o funcionamento da célula) e do potencial:
- Cátodo (redução):
, . - Ânodo (oxidação):
, equivalente a com . - Reação global (líquida iônica):
. - Potencial padrão da célula: