Projete células nas quais as seguintes reações ocorram e calcule o potencial padrão da célula em cada caso:
(R.: i) 2,71 V
(R.: i) 2,71 V
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (a) projetar uma célula eletroquímica na qual ocorra a reação
e (b) calcular o potencial padrão da célula para essa reação. Informação dada: a reação global acima. Não há outras informações numéricas fornecidas no enunciado, portanto usaremos potenciais-padrão tabulados para os semicélulas relevantes (potenciais a
,
atm para gases e
mol·L^{-1} para espécies aquosas).
Passo 2
Escolher as meias-reações que, somadas, dão a reação global. Uma decomposição natural é separar oxidação do sódio e redução do próton (formação de
):
Meia-reação de oxidação (anodo, escrita como redução para consulta de potenciais):
Isto significa que o potencial padrão de redução do par
é
em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio. A reação real no anodo é a reversa (oxidação):
.
Meia-reação de redução (catodo): a forma mais simples e padrão é a eletrodos de hidrogênio
(este é o eletrodo padrão de hidrogênio, SHE). Usamos esta meia-reação porque é a referência padrão e, combinada com neutralização, nos leva à forma com água/NaOH do enunciado (veremos isso adiante).
Observação pedagógica: sempre escrevemos os potenciais como potenciais de redução padrão
. Para obter o potencial padrão da célula usamos
onde ambos os
são os potenciais de redução das respectivas meias-reações.
Passo 3
Calcular o potencial padrão da célula usando as meias-reações escolhidas. Aqui o cátodo é a redução do hidrogênio (
) e o ânodo, visto como redução, é o par sódio (
). Aplicando a fórmula:
Interpretação física simples: o sódio tem um potencial de redução muito negativo, ou seja, é muito fácil oxidar Na(s) a
; combinando com a redução do hidrogênio isso produz uma diferença de potencial de
.
Passo 4
Mostrar que a escolha das meias-reações é consistente com a reação dada no enunciado. Somando as meias-reações (multiplicadas adequadamente) obtemos inicialmente a forma com
:
redução (cátodo):
redução (cátodo):
oxidação (ânodo, escrita na forma oxidativa):
Somando:
Agora, para transformar essa equação na forma que aparece no enunciado (com água e
), adicione
em ambos os lados:
esquerda: ,
direita: .
esquerda:
direita:
Somando tudo dá exatamente
que é a reação do enunciado. Conclusão: a célula que tem o eletrodo de hidrogênio como cátodo e o par
como ânodo representa, em termos de potencial padrão, a reação pedida.
Passo 5
Projetar explicitamente a célula (notação e descrição prática idealizada):
- Notação da célula padrão (hipotética):
Aqui o ânodo é o eletrodo de sódio (
), o cátodo é o eletrodo padrão de hidrogênio (gás
em contato com solução 1 M
e eletrodo de platina). As soluções são 1 M para as espécies aquosas e o gás
a
atm — essas são as condições-padrão necessárias para usar os
tabelados.
Comentário prático (empático): na prática, colocar metal sódio metálico em contato com água é violento (ele reage), então esta célula é uma idealização termodinâmica para obter o potencial-padrão. Em muitos exercícios de eletroquímica essa idealização é aceita: usamos o eletrodo padrão de hidrogênio como referência para obter
.
Passo 6
Resumo do cálculo e resultado final. Relembrando os valores usados:
logo
Você consegue — essa é uma célula com uma alta força eletromotriz; é por isso que o sódio metálico reage tão vigorosamente com água.
Resposta
2,71 V