Esquematize a célula ou pilha galvânica para a reação entre
.
Passo 1
O enunciado pede que eu "esquematize a célula ou pilha galvânica para a reação entre
e
". Informações dadas (retiradas do enunciado):
- Há metal ferro na forma sólida,
. - Há íon cobre divalente em solução aquosa,
. - A tarefa é montar (esquematizar) a pilha galvânica que realiza a reação entre esses reagentes.
Passo 2
Entender o que realmente acontece (sem calcular ainda): quando uma pilha galvânica funciona, um metal se oxida (perde elétrons) e outro íon se reduz (ganha elétrons). Vamos escrever as meias-reações de oxidação e redução. Primeiro, identificar estados de oxidação:
- Em
, o ferro tem estado de oxidação . - Em
, o ferro tem estado . - Em
, cobre tem estado . - Em
, cobre tem estado .
A partir disso, as meias-reações balanceadas em elétrons são:
Expliquei: a primeira é oxidação (perda de 2 elétrons), a segunda é redução (ganho de 2 elétrons). Como ambas envolvem 2 elétrons, não é preciso multiplicar nada para igualar elétrons.
Passo 3
Identificar polo anódico e catódico e direção dos elétrons:
- Oxidação ocorre no ânodo. Aqui, o ferro se oxida, portanto o ânodo é o eletrodo de ferro:
. - Redução ocorre no cátodo. Aqui, o
se reduz, logo o cátodo é o eletrodo de cobre:
.
Direção dos elétrons: os elétrons gerados no ânodo (Fe) fluem pelo circuito externo em direção ao cátodo (Cu). Em termos de sinais: em uma pilha galvânica o ânodo é o polo negativo e o cátodo é o polo positivo.
Passo 4
Escrever a reação global (somando as meias-reações) e checar balanço:
Soma das meias:
Soma das meias:
Verificação: elétrons se cancelam, átomos e cargas estão balanceados (uma carga
do lado dos reagentes fica
no produto como
).
Passo 5
Notação de pilha (forma compacta usada em provas) e explicação do que cada símbolosignifica. A notação-padrão coloca a meia-célula do ânodo à esquerda e a do cátodo à direita, com barras indicando fronteiras:
O que cada coisa quer dizer:
- Uma barra simples
separa fases (por exemplo eletrodo sólido / solução). - Barra dupla
representa a ponte salina ou separador entre as duas soluções. - Soluções típicas:
em aquoso; em aquoso. - Ponte salina típica: solução de
ou . Função da ponte: permitir o fluxo de íons para manter a neutralidade elétrica das soluções enquanto a reação prossegue (ânions migram para o compartimento do ânodo para neutralizar o excesso de formado; cátions migram para o compartimento do cátodo para repor consumido).
Passo 6
Desenho esquemático (descrição passo a passo para você desenhar na prova):
- Desenhe dois béqueres separados. No béquer da esquerda coloque uma tira ou barra de ferro
mergulhada em solução de (por ex. ). - No béquer da direita coloque uma tira de cobre
mergulhada em solução de (por ex. ). - Conecte as duas barras por um fio metálico externo com um amperímetro/voltímetro se quiser medir; desenhe uma seta no fio do anodo para o catodo indicando o fluxo de elétrons: da barra de
rumo à barra de . - Ligue os dois béqueres por uma ponte salina (canudo em U com gel/sal ou papel embebido em
). - Marque claramente: ânodo (Fe) — oxidação — negativo; cátodo (Cu) — redução — positivo.
- Escreva as meias-reações junto a cada eletrodo e a reação global acima do esquema.
Passo 7
Cálculo rápido do potencial padrão da pilha (útil para dizer se a reação é espontânea). Usar potenciais padrão:
A regra para a ddp padrão da célula é
Aqui o cátodo é
e o ânodo é
, então
Como
, a reação é espontânea em condições padrão — isto é, forma uma pilha galvânica.
Passo 8
Observações práticas e erros comuns (o que anotar na prova para não esquecer):
- Anodo: ferro se dissolve (perda de massa do eletrodo de Fe). Cátodo: cobre deposita-se (plaqueamento do eletrodo de Cu).
- Elétrons vão do ânodo para o cátodo; corrente convencional vai no sentido oposto.
- Ponte salina: íons negativos migram para o compartimento do ânodo (para neutralizar o excesso de
); íons positivos migram para o compartimento do cátodo. - Não confundir ânodo negativo com ânodo positivo (em eletrolisadores é invertido). Em pilhas galvânicas, ânodo é negativo.