Uma pilha de concentração de Zn apresenta
no ânodo e
no cátodo. Assinale a alternativa correta:
a) A oxidação ocorre onde a concentração é maior.
b) A redução ocorre onde a concentração é menor.
c) Não há corrente elétrica, pois os eletrodos são iguais.
d) A oxidação ocorre na solução mais diluída.
e) Não é possível determinar.
a) A oxidação ocorre onde a concentração é maior.
b) A redução ocorre onde a concentração é menor.
c) Não há corrente elétrica, pois os eletrodos são iguais.
d) A oxidação ocorre na solução mais diluída.
e) Não é possível determinar.
Passo 1
O enunciado dá uma pilha de concentração com eletrodos de zinco idênticos, onde as concentrações dos íons zinco são:
- No ânodo:
. - No cátodo:
.
O enunciado pede que se assinale a alternativa correta entre:
a) A oxidação ocorre onde a concentração é maior.
b) A redução ocorre onde a concentração é menor.
c) Não há corrente elétrica, pois os eletrodos são iguais.
d) A oxidação ocorre na solução mais diluída.
e) Não é possível determinar.
a) A oxidação ocorre onde a concentração é maior.
b) A redução ocorre onde a concentração é menor.
c) Não há corrente elétrica, pois os eletrodos são iguais.
d) A oxidação ocorre na solução mais diluída.
e) Não é possível determinar.
Passo 2
Qual é a reação de meia-célula para o par zinco/íon zinco? Escrevemos a meia-reação na forma de redução (padrão):
Explicação do que isso significa: essa equação diz que quando ocorrer redução,
em solução ganha
elétrons e se transforma em metal
sólido (plaqueamento). A oxidação é o inverso:
(metal se dissolve e libera elétrons).
Passo 3
Como comparar a tendência de redução entre as duas mezzas-células idênticas com concentrações diferentes? Usamos a equação de Nernst para a meia-reação de redução. A forma geral para uma redução com
elétrons é
onde:
-
é o potencial de eletrodo da meia-reação nas condições dadas, -
é o potencial padrão da meia-reação, -
é a constante dos gases ( ), -
é a temperatura absoluta (em K), -
é a constante de Faraday ( ), -
é o quociente de reação (produtos/reatantes).
Para a meia-reação
o quociente de reação é
pois a atividade do sólido é
. Substituindo em Nernst obtemos, lembrando que
:
Conclusão importante (intuitiva): o potencial de redução
aumenta quando a concentração de
aumenta. Ou seja, a meia-célula com maior
tem maior tendência a sofrer redução.
Passo 4
Aplicando essa conclusão às concentrações dadas:
- No lado com
o potencial de redução é maior (mais positivo) do que no lado com .
Portanto: - A redução ocorrerá no eletrodo com maior
(ou seja, no lado com — esse é o cátodo). - A oxidação ocorrerá no eletrodo com menor
(ou seja, no lado com — esse é o ânodo).
Intuição química curta: metal tende a se dissolver (oxidar) onde a concentração do íon é baixa, e o íon tende a se reduzir (plaqueamento do metal) onde a concentração do íon é alta.
Passo 5
Se quiser confirmar numericamente que o processo é espontâneo no sentido descrito, pode-se calcular a força eletromotriz da pilha de concentração. Para uma célula formada por duas mesmas meia-células:
Usando a forma em logaritmo decimal aproximada
a
, temos
Como
, a direção assumida (oxidação na solução mais diluída e redução na mais concentrada) é espontânea. Isso também mostra que, embora os eletrodos sejam iguais, existe diferença de potencial por causa da diferença de concentração — logo há corrente elétrica.
Passo 6
Agora eliminamos as alternativas incorretas:
- (a) “A oxidação ocorre onde a concentração é maior.” — falso; ocorre onde a concentração é menor.
- (b) “A redução ocorre onde a concentração é menor.” — falso; redução ocorre onde a concentração é maior.
- (c) “Não há corrente elétrica, pois os eletrodos são iguais.” — falso; pilhas de concentração geram tensão justamente por diferença de concentração, mesmo com eletrodos iguais.
- (e) “Não é possível determinar.” — falso; com Nernst e os dados de concentração é possível determinar.
Resposta
d) A oxidação ocorre na solução mais diluída.