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 dá a célula eletroquímica na notação de pilha:
O que nos pede:
- Escrever as semirreações dos eletrodos (redução/oxidação) envolvidas.
- Escrever a reação global da célula.
- Calcular o potencial padrão de cada eletrodo (as semirreações padronizadas) e o potencial padrão da célula
.
Informações implícitas que usaremos (valores padrão a
):
- Potencial padrão da meia-reação
é . - Potencial padrão da meia-reação
é . - Para a meia-reação que envolve
e precisaremos da solubilidade (constante de produto de solubilidade) de . Usaremos o valor padrão (a ). - Regra importante: em condições padrão consideramos pressão de
igual a e concentrações aquosas iguais a quando aplicável; atividades de sólidos puros = 1.
Passo 2
Identificar as possíveis semirreações envolvidas e escrever as formas de redução (porque potenciais padrão se reportam a redução):
a) Semirreação de redução do eletrodo clorina:
com
.
b) Para o eletrodo à direita temos um par envolvendo
,
e
. A forma natural de redução desse par é:
Ainda não temos seu
direto; vamos calculá‑lo a partir de
e do
de
.
Explicação didática rápida: a meia-reação acima é a combinação da redução de duas mols de
em prata sólida com a dissociação do sólido
em
e
. Assim, podemos relacionar os potenciais usando a constante de solubilidade.
Passo 3
Derivar a relação entre
da meia-reação com
e os dados conhecidos.
- Escrevendo a dissociação do sal sólido (relação de equilíbrio):
com constante
- A meia-reação unitária de redução é
A meia-reação que nos interessa (com o sal sólido) pode ser vista como a soma de:
- a dissociação
, - mais 2 vezes a redução
.
- Usando o potencial de
e a Nernst: a relação entre o potencial padrão da meia-reação que envolve o sal sólido, , e pode ser obtida impondo que, em condições padrão para a meia-reação com o sal (isto é, e sólidos com atividade 1), a concentração de em equilíbrio com o sólido é . Com isso:
(Explicação: usamos que a combinação dos dois elétrons e da dissociação introduz um termo
dividido por
por causa de
elétrons nessa meia-reação.)
- Para converter para base 10 (mais prático), usamos
a . Então
Passo 4
Calcular numericamente
usando
.
- Calcular
:
- Multiplicar por
:
- Somar a
:
Arredondando:
Comentário pedagógico: o potencial da meia-reação que envolve o sal sólido é menor do que o de
porque a presença do ânion
e o baixo Ksp diminuem a atividade efetiva de
em equilíbrio, deslocando o potencial.
Passo 5
Determinar qual eletrodo se reduz (cátodo) e qual se oxida (ânodo) e escrever as semirreações na direção correta para obter
.
- Temos
e . - A meia-reação com maior potencial padrão será a que se reduz (cátodo). Portanto, o eletrodo cloro é o cátodo (redução) e o eletrodo prata/ cromato é o ânodo (oxidação, isto é, a meia-reação anterior invertida).
Escrevendo semirreações na direção apropriada:
Cátodo (redução do cloro):
Ânodo (oxidação — inverso da redução que calculamos):
(Observação: normalmente reportamos o
da meia-reação como redução; para a oxidação mudamos o sinal.)
Passo 6
Montar a reação global somando as semirreações (elétrons se cancelam) e calcular
.
Somando:
Somando as duas equações os elétrons se anulam e obtemos a reação global:
Cálculo do potencial padrão da célula: