Esquematize as seguintes células galvânicas, nas condições padrão, formadas quando os eletrodos abaixo são conectados dois a dois. Dê as reações anódica, catódica e a reação global da célula, a polaridade dos eletrodos, o sentido real dos elétrons no condutor metálico, o sentido dos íons na ponte salina, a f.e.m. da célula.
eletrodos de
e
;
eletrodos de
Passo 1
O enunciado pede que, para a célula padrão formada pelos eletrodos
e
, eu determine:
- a reação anódica (oxidação),
- a reação catódica (redução),
- a reação global da célula,
- a polaridade dos eletrodos (qual é negativo e qual é positivo),
- o sentido real dos elétrons no condutor metálico (fio externo),
- o sentido dos íons na ponte salina,
- a força eletromotriz (f.e.m.) da célula em condições padrão.
Informações relevantes fornecidas ou implicadas:
- Os eletrodos são:
e . - As condições são padrão: concentrações
para espécies aquosas, para gases, . - Vou precisar dos potenciais padrão de redução (valores de tabela) para comparar e decidir qual se reduz e qual se oxida.
Passo 2
Breve aula: potencial padrão de redução e como decidir anodo/cátodo.
- Cada meia-reação tem um potencial padrão de redução
(valor tabulado). - Para saber qual meia-reação ocorre como redução (cátodo) compare os
: a meia-reação com maior (mais positivo) se reduz. - A outra meia-reação, com
mais negativo, é invertida (oxidação) e ocorre no ânodo. - A f.e.m. padrão da célula é dada por
onde ambos os
são os potenciais de redução padrão das semifreacões na forma de redução.
Passo 3
Pegando os potenciais padrão (valores de tabela padrão a
):
- Para o par
:
- Para o par
(meia-reação de dissolução do em solução):
Comentário didático: esses valores vêm de tabelas padrão de potenciais de redução — memorize que elementos halogênios (como
) têm potenciais positivos e metais como cádmio têm potenciais negativos.
Passo 4
Decidir quais reações ocorrem:
- A meia-reação com maior
é com → esta será a redução (cátodo). - A meia-reação com
(cádmio) será invertida e ocorre como oxidação (ânodo).
Escrevendo as meia-reações (forma de oxidação/redução conforme vão ocorrer na célula):
Anódica (oxidação, ocorre no eletrodo de cádmio):
Catódica (redução, ocorre no eletrodo de cloro — geralmente implanta-se um eletrodo inerte como
para fazer contato com
):
Passo 5
Balanceamento e reação global:
- As duas semi-reações trocam exatamente
elétrons, já estão balanceadas em elétrons. - Somando-as (elétrons se cancelam) resulta a reação global:
Observação didática: esta é a equação iônica líquida. Se quiser, pode enxergar como formação de
em solução, mas a forma iônica mostra claramente onde foram os elétrons.
Passo 6
Polaridade dos eletrodos (explicação didática):
- O ânodo é o eletrodo onde ocorre oxidação (perda de elétrons). Como os elétrons são liberados ali, esse eletrodo fica com potencial elétrico mais negativo relativo ao outro: portanto, o eletrodo de
é o pólo negativo da célula. - O cátodo é o eletrodo onde ocorre redução (ganho de elétrons) e é o pólo positivo: portanto, o eletrodo
(geralmente montado sobre ) é o pólo positivo.
Em resumo:
- Eletrodo de
: ânodo, negativo. - Eletrodo de
(com condutor): cátodo, positivo.
Passo 7
Sentido do fluxo de elétrons no condutor metálico:
- Elétrons fluem sempre do ânodo para o cátodo pelo fio externo.
- Logo, o sentido real dos elétrons é:
Comentário prático: no circuito externo aparece corrente convencional no sentido oposto (do cátodo para o ânodo), mas o que importa experimentalmente é o movimento dos elétrons, do negativo para o positivo.
Passo 8
Sentido dos íons na ponte salina (explicação didática e regra prática):
- Reação no ânodo gera
no compartimento do cádmio, tornando esse compartimento mais carregado positivamente. Para manter neutralidade, ânions da ponte salina migram para o compartimento do ânodo. - Reação no cátodo produz
no compartimento do cloro, tornando esse compartimento mais negativo. Para neutralizar, cátions da ponte salina migram para o compartimento do cátodo. - Portanto, se a ponte salina contém um sal inerte como
ou : -
(ou qualquer ânion do sal inerte) fluirá para o compartimento do ânodo (onde está ), -
(cátion) fluirá para o compartimento do cátodo (onde está ).
Resumo: ânions → ânodo; cátions → cátodo.
-
Passo 9
Cálculo da f.e.m. padrão da célula (aula curta sobre a fórmula):
- Usando a fórmula
onde ambos os
são os potenciais de redução padrão (do passo 3):
Interpretação rápida:
indica que a reação global escrita espontaneamente como acima (Cd oxidando e Cl2 reduzindo) é espontânea sob condições padrão.
Passo 10
Observações práticas e montagem (curiosidade útil para prova):
- O eletrodo de cloro deve ser montado sobre uma superfície inerte condutora (ex.:
) porque não é um metal — então a célula direita costuma ser escrita como . - Notação convencional da célula (ânodo à esquerda, cátodo à direita):
Resposta
Anódica (oxidação):
Catódica (redução):
Reação global:
Polaridade dos eletrodos: eletrodo de = ânodo (negativo); eletrodo
(sobre
) = cátodo (positivo)
Sentido real dos elétrons no condutor metálico: do eletrodo de para o eletrodo de
Sentido dos íons na ponte salina: ânions da ponte migram para o compartimento do ânodo; cátions da ponte migram para o compartimento do cátodo
f.e.m. padrão da célula:
Catódica (redução):
Reação global:
Polaridade dos eletrodos: eletrodo de
Sentido real dos elétrons no condutor metálico: do eletrodo de
Sentido dos íons na ponte salina: ânions da ponte migram para o compartimento do ânodo; cátions da ponte migram para o compartimento do cátodo
f.e.m. padrão da célula: