Represente a notação da célula padrão e determine a constante de equilíbrio da reação:
Considere um eletrodo de platina como referência, a presença de ponte salina e a atividade de todas as espécies iguais a unidade. ( R :
)
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras:
- Representar a notação da célula padrão para a reação
- Determinar a constante de equilíbrio
dessa reação, considerando eletrodo de platina (inerte), ponte salina e atividades de todas as espécies iguais a unidade.
Informações/dados fornecidos ou assumidos (lista):
- Reação já dada (acima).
- Eletrodo inerte: platina (Pt) em ambos os eletrodos.
- Ponte salina presente (separa os meios).
- Atividades das espécies iguais a 1 (ou seja, condições padrão de concentração).
- Vou assumir temperatura padrão
(condições padrão) e usar constantes físicas usuais: constante dos gases e constante de Faraday . (Se você tiver outro valor de ou constantes a usar, o resultado muda; eu usei os valores padrão.)
Passo 2
Identificar as meia-reações de redução envolvidas e seus potenciais padrão de redução. A reação global pode ser vista como soma de duas meia-reações:
-
Meia-reação de ferro (redução):potencial padrão de redução (tabela):
-
Meia-reação de estanho (a forma que aparece na reação é oxidação de
para , então a redução correspondente é): potencial padrão de redução (tabela):
Explicação curta: as tabelas de potenciais padrão fornecem os potenciais de redução. Para obter o potencial da célula padrão somamos o potencial de redução do agente que é reduzido (cátodo) e subtraímos o potencial de redução do agente que é oxidado (anodo); isso equivale a:
Passo 3
Determinar qual meia-reação é cátodo e qual é ânodo no sentido da reação dada.
A reação global escrita é
Isso mostra que:
-
é reduzido a (recebe elétron): portanto a meia-reação do ferro é o cátodo (redução). -
é oxidado a (perde elétrons): a meia-reação do estanho atua como ânodo (oxidação).
Logo:
Passo 4
Calcular o potencial padrão da célula,
.
Usando a fórmula
substituímos os valores:
Comentário didático: o resultado positivo indica que, sob condições padrão, a reação espontânea é a escrita (Sn2+ reduz Fe3+).
Passo 5
Relacionar
com a energia livre padrão
e com a constante de equilíbrio
.
Fórmula que relaciona
e
:
onde
-
é o número total de elétrons transferidos na reação global (aqui , porque cada átomo de Sn perde 2 e^-), -
é a constante de Faraday ( ), -
em volts (V) e em joules por mol (J·mol^{-1}).
Outra relação termodinâmica:
onde
-
é a constante dos gases ( ), -
é a temperatura absoluta (usei ), -
é a constante de equilíbrio termodinâmica da reação.
Combinando as duas equações:
Passo 6
Calcular numericamente
e
.
Substituindo valores:
Calcule o numerador:
Calcule o denominador:
Então
Logo
Explicação didática: o número grande para
(muito maior que 1) confirma que, em condições padrão, a reação escrita favorece fortemente os produtos (
e
).
Passo 7
Escrever a notação da célula padrão pedida (usando eletrodos de platina e atividades iguais 1).
Notação de célula padrão (ânodo | espécies do ânodo || espécies do cátodo | cátodo), com platina como eletrodo inerte em ambos os lados e concentrações/atividades unitárias indicadas implicitamente:
Comentário: escrevemos o lado do ânodo (oxidação do estanho) à esquerda e o lado do cátodo (redução do ferro) à direita; a dupla barra
representa a ponte salina.