O marca-passo é um dispositivo para estimulação elétrica do músculo cardíaco e possui um gerador de pulsos e um eletrodo. O gerador de pulsos elétricos é um circuito eletrônico miniaturizado instalado no interior da caixa torácica do paciente, e a fonte de energia é uma bateria compacta localizada fora do tórax. A bateria do marcapasso é formada pelos metais lítio e prata. Os potenciais-padrão de redução desses metais são:
a) Escreva a reação global que ocorre nessa pilha.
b) Calcule a diferença de potencial padrão (ddp) da pilha.
c) Desenhe a montagem da pilha, indicando os eletrodos (ânodo e cátodo), os seus materiais, e o sentido do fluxo de elétrons
a) Escreva a reação global que ocorre nessa pilha.
b) Calcule a diferença de potencial padrão (ddp) da pilha.
c) Desenhe a montagem da pilha, indicando os eletrodos (ânodo e cátodo), os seus materiais, e o sentido do fluxo de elétrons
Passo 1
O enunciado nos dá explicitamente os dois potenciais-padrão de redução (peguei estes valores do enunciado):
-
, . -
, .
O enunciado pede três coisas:
a) escrever a reação global que ocorre nessa pilha;
b) calcular a diferença de potencial padrão (ddp) da pilha;
c) desenhar (descrever) a montagem da pilha indicando eletrodos (ânodo e cátodo), materiais e sentido do fluxo de elétrons.
a) escrever a reação global que ocorre nessa pilha;
b) calcular a diferença de potencial padrão (ddp) da pilha;
c) desenhar (descrever) a montagem da pilha indicando eletrodos (ânodo e cátodo), materiais e sentido do fluxo de elétrons.
Passo 2
Conceitos essenciais (explicação didática, sem pular etapas):
- Cada dado é um potencial-padrão de redução
. Ele indica a facilidade com que a espécie do lado esquerdo da meia-reação é reduzida (ganha elétron). Quanto mais positivo , maior a tendência a ser reduzido. - Numa pilha, a meia-reação com maior
atua como redução (cátodo). A outra, com menor , será invertida (será a oxidação, no ânodo). - A ddp padrão da pilha é dada por
onde ambos
são potenciais de redução padronizados. Outra forma útil: some o potencial de redução do cátodo com o potencial de oxidação do ânodo (potencial de oxidação é o negativo do potencial de redução da mesma reação).
Vou aplicar essas ideias aos valores dados.
Passo 3
Decidir qual meia-reação é redução e qual será invertida (oxidação):
-
tem (mais positivo) → tende a ser reduzido → será o cátodo. -
tem (muito negativo) → menor tendência a ser reduzido, portanto o metal será oxidado → será o ânodo.
Escrevendo as duas meias-reações com indicação de qual é reduzida e qual é oxidada:
Redução (no cátodo, acontece como dada):
Oxidação (no ânodo, invertemos a meia-reação de redução do lítio):
Observação: o potencial de oxidação correspondente é
(que é o negativo de
).
Passo 4
Montar a reação global somando as duas meias-reações e cancelando elétrons. Ambas as meias-reações envolvem 1 elétron, então somam diretamente:
Oxidação (ânodo):
Redução (cátodo):
Somando:
Verificação rápida: átomos (Li e Ag) e cargas estão balanceados — um elétron produzido no ânodo é consumido no cátodo.
Passo 5
Calcular a ddp padrão da pilha aplicando a fórmula explicada:
Usando
(Ag) e
(valor de redução do par Li+/Li),
Comentário: como
, a reação global escrita é espontânea sob condições-padrão.
Passo 6
Desenho/descrição da montagem da pilha (explico passo a passo e dou um esquema ASCII simples que você pode copiar no caderno):
Esquema padrão usando notação de célula: ânodo | solução do ânodo || solução do cátodo | cátodo
Para esta pilha:
Descrição detalhada e fluxo:
- Eletrodo do ânodo:
. No ânodo ocorre oxidação: . - Eletrodo do cátodo:
. No cátodo ocorre redução: . - Sentido do fluxo de elétrons: os elétrons gerados no ânodo (Li) saem pelo fio externo e vão para o cátodo (Ag). Ou seja, elétrons fluem de
para . - Polaridade: ânodo é o polo negativo; cátodo é o polo positivo (na convenção de pilhas).
- Ponte salina (ou membrana iônica): conecta as duas soluções para manter neutralidade elétrica. Quando
é formado no compartimento do ânodo, anions da ponte salina migram para o compartimento do ânodo para neutralizar carga positiva; no compartimento do cátodo, como é consumido, fica um excesso relativo de carga negativa e cátions da ponte migram para o compartimento do cátodo. - Corrente convencional (fluxo de cargas positivas) é oposta ao fluxo de elétrons: vai do cátodo para o ânodo externamente.
Esquema ASCII com setas de elétrons (coloque num papel assim):
Li(s) | Li+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s)
(ânodo) (cátodo)
Li(s) | Li+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s)
(ânodo) (cátodo)
Fio externo: Li(s) ———(e^- →)——— Ag(s)
Salt bridge: acaba compensando cargas (anions → ânodo; cations → cátodo).
Salt bridge: acaba compensando cargas (anions → ânodo; cations → cátodo).
Passo 7
Resumo prático e incentivo:
- Reação global:
. - DDP padrão:
.
Se ficou alguma dúvida em qualquer passo, fala que eu repito e faço mais exemplos parecidos — você já está indo bem ao pedir passo a passo!
Resposta
a)
b)
c) ânodo:
(oxidação); cátodo:
(redução); elétrons fluem do ânodo (Li) para o cátodo (Ag) pelo circuito externo.