A pilha permanganato em ácido sulfúrico e zinco é baseada nas seguintes semirreções de redução:
a) Qual é a semirreação do cátodo? E do ânodo?
b) Escreva a equação química da pilha.
c) Calcule a diferença de potencial padrão da pilha (
).
d) Qual eletrodo é o polo positivo da pilha? E qual é o polo negativo?
b) Escreva a equação química da pilha.
c) Calcule a diferença de potencial padrão da pilha (
d) Qual eletrodo é o polo positivo da pilha? E qual é o polo negativo?
Passo 1
O enunciado dá duas semirreações de redução com seus potenciais padrão e pede quatro coisas:
- (a) qual é a semirreação que ocorre no cátodo e qual é a do ânodo;
- (b) escrever a equação global da pilha;
- (c) calcular a diferença de potencial padrão da pilha
; - (d) indicar qual eletrodo é o polo positivo e qual é o polo negativo.
Informações fornecidas (transcritas do enunciado):
Observação útil (não resolver ainda): as semirreações acima estão escritas como reduções e os valores
são potenciais de redução padrão.
Passo 2
Explicando o conceito necessário (de forma bem passo a passo e sem pular etapas):
- O potencial de redução padrão
nos diz quão facilmente uma espécie aceita elétrons (ou seja, é reduzida). Quanto maior (mais positivo) for , maior a tendência à redução. - Numa pilha galvânica (que produz corrente), a semirreação com o maior
ocorre como redução no cátodo; a outra semirreação ocorre como oxidação no ânodo (porque ela tem menor tendência a ser reduzida, então é a que será invertida — oxidada). - Importante: os números
que temos são sempre para a forma de redução. Se uma semirreação for usada como oxidação, não invertimos o valor numérico do na fórmula do — usamos a relação
onde ambos os
são potenciais de redução (mesmo que a semirreação do ânodo seja, de facto, oxidada na pilha). Essa fórmula é conveniente e correta; outra maneira equivalente é somar o potencial de redução do cátodo com o potencial de oxidação do ânodo (que é o negativo do
de redução).
- Ao juntar duas semirreações para obter a equação global, devemos igualar o número de elétrons trocados em cada semirreação multiplicando as equações por fatores inteiros apropriados; após isso, somamos e cancelamos os elétrons. Os coeficientes estequiométricos (multiplicadores) não alteram os valores de
.
Exemplo breve e intuitivo: se uma reação consome 5 elétrons e outra fornece 2 elétrons, o mínimo múltiplo comum é 10; multiplicamos as semirreações para ter 10 elétrons em ambas antes de somar.
Passo 3
Comparação dos potenciais dados para decidir cátodo e ânodo:
- Temos
. - Temos
.
Como
, a semirreação do permanganato tem maior tendência a ser reduzida. Logo:
- No cátodo ocorre a redução do permanganato: escrevemos a semirreação de redução tal como dada.
- No ânodo ocorre a oxidação do zinco metálico: a semirreação fornecida para o zinco está como redução; para o ânodo precisamos escrever a oxidação (inverter a seta).
Portanto, escrevo explicitamente:
Semirreação no cátodo (redução):
Semirreação no cátodo (redução):
Semirreação no ânodo (oxidação — invertendo a dada):
Passo 4
Balanceamento e montagem da equação global passo a passo:
- A redução do permanganato consome
elétrons por fórmula escrita. - A oxidação do zinco produz
elétrons por átomo de zinco oxidado. - Mínimo múltiplo comum de
e é . Então multiplicamos a semirreação de permanganato por e a de zinco por .
Multiplicando:
que fica
e
que fica
Somando as duas equações, os
elétrons se cancelam:
Essa é a equação global balanceada da pilha em meio ácido.
Passo 5
Cálculo da diferença de potencial padrão
(potencial da célula):
- Usamos a fórmula com os potenciais de redução padrão:
- Substituindo os valores (ambos são potenciais de redução dados no enunciado):
Observação didática: os coeficientes estequiométricos que usamos ao balancear não entram no cálculo de
; o potencial é uma propriedade intensiva e independe da multiplicação das semirreações.
Passo 6
Qual eletrodo é positivo e qual é negativo — explicação intuitiva:
- Numa pilha espontânea (galvânica) os elétrons saem do ânodo (onde ocorre oxidação) e vão para o cátodo (onde ocorre redução) através do circuito externo.
- O eletrodo que recebe elétrons (cátodo) é, em potencial elétrico do circuito, o polo positivo; o eletrodo que fornece elétrons (ânodo) é o polo negativo.
- Aqui, como o permanganato é reduzido (cátodo) e o zinco é oxidado (ânodo), concluímos que:
- O eletrodo de permanganato/
é o polo positivo. - O eletrodo de zinco (
) é o polo negativo.
- O eletrodo de permanganato/
Resposta
(a) Cátodo (redução):
ânodo (oxidação):
(b) Equação global:
(c)
(d) Polo positivo: eletrodo do permanganato/ (cátodo). Polo negativo: eletrodo de
(ânodo).
(b) Equação global:
(c)
(d) Polo positivo: eletrodo do permanganato/