O que se nota, em uma pilha de Daniell, após certo tempo de funcionamento?

Passo 1

O enunciado pergunta: “O que se nota, em uma pilha de Daniell, após certo tempo de funcionamento?”
Informações que temos (implícitas na pergunta): há uma pilha de Daniell composta por um eletrodo de zinco imerso numa solução de sulfato de zinco e um eletrodo de cobre imerso numa solução de sulfato de cobre, ligados por um condutor externo e por uma ponte salina. Vou usar esses componentes como dados do problema.

Passo 2

Vamos lembrar o que acontece quimicamente na pilha. As reações parciais (meia-reações) são:
\mathrm{Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-}
\mathrm{Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu}
Expliquei as reações para você: a primeira mostra o zinco metálico perdendo elétrons (oxidação) e indo para a solução como íons \mathrm{Zn^{2+}}. A segunda mostra os íons \mathrm{Cu^{2+}} na solução ganhando elétrons (redução) e depositando metal cobreoso na superfície do eletrodo de cobre.

Passo 3

Interpretação física das reações: o eletrodo de zinco é o ânodo (onde ocorre oxidação) e o eletrodo de cobre é o cátodo (onde ocorre redução). Como consequência direta:
  • O ânodo de zinco vai se corroendo: pedaços de zinco viram \mathrm{Zn^{2+}} e se dissolvem na solução, então o eletrodo de zinco perde massa.
  • O cátodo de cobre recebe íons \mathrm{Cu^{2+}} que se transformam em cobre metálico \mathrm{Cu} e se depositam sobre ele, então o eletrodo de cobre ganha massa.

Passo 4

O que se nota visualmente nas soluções:
  • A solução de sulfato de cobre (vou escrever \mathrm{CuSO_4}) é tipicamente azul devido aos íons \mathrm{Cu^{2+}}. À medida que a pilha funciona, \mathrm{Cu^{2+}} é consumido no cátodo, então a cor azul tende a desbotar perto do cátodo.
  • A solução de sulfato de zinco ( \mathrm{ZnSO_4}) recebe mais \mathrm{Zn^{2+}}, ficando mais concentrada. Isso pode não ter cor forte, mas a condutividade aumenta nessa metade e podem aparecer mudanças de aspecto (ex.: leve turvação se houver impurezas).
  • A ponte salina (ou outro arranjo) estabiliza as cargas, permitindo que íons migrem e evitem acúmulo de cargas que parariam a reação rapidamente.

Passo 5

Efeito sobre a tensão e o funcionamento ao longo do tempo: por causa do consumo de \mathrm{Cu^{2+}} e do aumento de \mathrm{Zn^{2+}}, as concentrações nas duas semi-celas mudam. Essas alterações nas concentrações afetam os potenciais das semi-reações (pela equação de Nernst, se você vir depois), fazendo a ddp da pilha cair gradualmente. No fim, quando um dos reagentes se esgota (por exemplo, muito depósito de cobre que cobre a superfície ativa ou consumo significativo de íons \mathrm{Cu^{2+}}), a corrente cessa.

Passo 6

Resumo prático e observável — o que você veria se olhar a pilha depois de um tempo de uso:
  • O eletrodo de zinco estará mais fino/consumido (perde massa).
  • O eletrodo de cobre terá depósitos metálicos adicionais (ganha massa).
  • A coloração azul da solução de \mathrm{CuSO_4} tende a diminuir perto do cátodo; a solução de \mathrm{ZnSO_4} torna-se mais concentrada.
  • A tensão da pilha diminui com o tempo até a reação praticamente parar.

Resposta

O eletrodo de zinco (ânodo) corrói e perde massa, enquanto o eletrodo de cobre (cátodo) recebe depósito de cobre e ganha massa; a solução de \mathrm{CuSO_4} perde a coloração azul perto do cátodo e a de \mathrm{ZnSO_4} fica mais concentrada, e a ddp da pilha vai diminuindo até ela parar.

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