Uma pilha é constituída de dois eletrodos de Cu mergulhados em solução do mesmo sal
. No entanto, a única diferença entre os dois semi-elementos é que um deles contém uma solução
.
a) Qual é o polo positivo desta pilha ?
b) Qual é a f.e.m dessa pilha?
a) Qual é o polo positivo desta pilha ?
b) Qual é a f.e.m dessa pilha?
Passo 1
Beleza, vamos lá. O enunciado é de eletroquímica, mais precisamente de células de concentração. A gente tem duas semi-células Cu|Cu²⁺ (sendo que uma está em 0,40 M e outra em 0,002 M) e monta uma pilha só com essa diferença de concentração. O que a gente precisa saber/refrescar antes de resolver:
- Qual eletrodo vira cátodo (polo positivo) e qual vira ânodo (polo negativo) em células de concentração;
- Como usar a equação de Nernst para calcular a força eletromotriz (f.e.m.) dessa célula, lembrando que o potencial-padrão E° da reação global é zero (porque as duas metades são idênticas).
Passo 2
Primeiro, descobrir qual lado é positivo. Em célula de concentração, a reação espontânea faz íons irem do lado diluído pro lado mais concentrado, ou seja:
– No eletrodo de baixa concentração (0,002 M), cobre metálico se oxida:
– No eletrodo de baixa concentração (0,002 M), cobre metálico se oxida:
Esse é o ânodo (polo negativo).
– No eletrodo de alta concentração (0,40 M), ocorre a redução:
– No eletrodo de alta concentração (0,40 M), ocorre a redução:
Esse é o cátodo (polo positivo).
Logo, o polo positivo é a semi-célula com 0,40 M de Cu²⁺.
Passo 3
Agora vamos calcular a f.e.m. usando a equação de Nernst para a reação global. Como E°=0 (porque são dois eletrodos Cu/Cu²⁺ iguais), temos:
Mas, em célula de concentração, o quociente de reação
vira simplesmente
. Invertendo o sinal dá:
E, à temperatura de 25 °C,
. Como a reação envolve 2 elétrons (
), fica:
Passo 4
Agora é colocar os números:
Resposta
a) O polo positivo é o eletrodo com solução 0,40 M de Cu²⁺.
b) A força eletromotriz da pilha é aproximadamente 0,068 V.
b) A força eletromotriz da pilha é aproximadamente 0,068 V.