Quais são as condições padrão para a medida da ddp das pilhas?
Passo 1
O enunciado pergunta: “Quais são as condições padrão para a medida da ddp das pilhas?”
Informações dadas: apenas essa pergunta — não há dados numéricos nem figura.
Objetivo nesta resolução: listar e explicar, passo a passo e de forma didática, quais são as condições padrão que devem ser satisfeitas quando se determina a diferença de potencial (ddp) de uma pilha (celula eletroquímica).
Informações dadas: apenas essa pergunta — não há dados numéricos nem figura.
Objetivo nesta resolução: listar e explicar, passo a passo e de forma didática, quais são as condições padrão que devem ser satisfeitas quando se determina a diferença de potencial (ddp) de uma pilha (celula eletroquímica).
Passo 2
O que é exatamente a “ddp da pilha” que vamos medir?
A ddp de uma pilha é o potencial (tensão) entre os dois eletrodos quando a pilha está em circuito aberto (ou seja, sem corrente passando). Em termos de potenciais de eletrodo temos a relação
A ddp de uma pilha é o potencial (tensão) entre os dois eletrodos quando a pilha está em circuito aberto (ou seja, sem corrente passando). Em termos de potenciais de eletrodo temos a relação
onde
é o potencial do eletrodo que funciona como cátodo e
do ânodo. Para que essa medida seja padronizada e comparável entre diferentes experiências e tabelas, definimos condições padrão — é isso que vamos explicar e justificar.
Passo 3
Temperatura padrão:
(ou
).
Por que isso é exigido? Porque o potencial de eletrodo depende de temperatura via a equação de Nernst. A maioria das tabelas de potenciais padrão são tabuladas a . A equação de Nernst é
Por que isso é exigido? Porque o potencial de eletrodo depende de temperatura via a equação de Nernst. A maioria das tabelas de potenciais padrão são tabuladas a
onde
é a constante dos gases (
),
é a temperatura em kelvin,
a constante de Faraday (
),
o número de elétrons trocados e
o quociente de reação. Note como o termo
varia com
; por isso fixamos
como padrão.
Passo 4
Concentração / atividade das espécies em solução: atividade igual a
(praticamente, soluções de concentração
).
Explicação didática: o potencial real vem de atividades ( ), não de concentrações nominais. Atividade é a “concentração efetiva” levando em conta interações iônicas. Nas condições padrão definimos
para as espécies dissolvidas. Na prática, para exames e problemas, isso é aproximado por soluções com concentração
. Isso simplifica a equação de Nernst porque, com atividades iguais a 1, o termo envolvendo
relativo às espécies solúveis fica zerado e então medimos
.
Explicação didática: o potencial real vem de atividades (
Passo 5
Pressão dos gases:
(valor IUPAC; historicamente usa-se também
, que são muito próximos).
Por que importa? Se a meia-reação envolve gases (por ex. ,
,
), a atividade do gás é proporcional à sua pressão parcial. Padronizamos a pressão parcial para
para que a atividade gasosa seja
. Assim o termo
na Nernst também fica adequado às condições padrão.
Por que importa? Se a meia-reação envolve gases (por ex.
Passo 6
Sólidos e líquidos puros: atividade igual a
.
Explicação: em uma meia-reação onde aparece um sólido puro (por ex. metal sólido) ou um líquido puro, a atividade é definida como por convenção, portanto não contribui para
. Isso é parte das “condições padrão”: usar fases puras quando elas aparecem.
Explicação: em uma meia-reação onde aparece um sólido puro (por ex. metal sólido) ou um líquido puro, a atividade é definida como
Passo 7
Condições experimentais de medida (práticas importantes):
- Medir em circuito aberto (sem corrente) para evitar queda de potencial por resistência interna (polarização e queda ohmica).
- Usar voltímetro de alta impedância para que a corrente de medição seja negligível.
- As superfícies dos eletrodos devem estar limpas e em equilíbrio com as espécies (eletrodos “reversíveis”); se a superfície estiver polarizada ou suja, o potencial medido se desvia.
- Usar uma ponte salina ou outro meio para completar o circuito e minimizar o potencial de junção de fases (potencial de contato entre soluções diferentes). O potencial de junção deve ser pequeno ou compensado/neutralizado.
Por que tudo isso? Porque qualquer corrente, resistência interna grande, ou potencial de junção introduz uma diferença extra entre o potencial real de equilíbrio e o valor medido, e então a ddp não corresponde ao.
Passo 8
Referência de potencial: eletrodo padrão de hidrogênio (SHE) com
sob as condições padrão.
Explicação: para atribuir valores numéricos aos potenciais de meia-reação precisa-se de um zero de referência. O SHE (hidrogênio gasoso a , íons
com atividade 1, eletrodo de platina,
) é a convenção que define
. Todas as tabelas de potenciais padrão usam essa referência.
Explicação: para atribuir valores numéricos aos potenciais de meia-reação precisa-se de um zero de referência. O SHE (hidrogênio gasoso a
Passo 9
Como usar isso numa prova (passo-a-passo prático):
- Confirme que
, que as concentrações (ou atividades) são e que pressões de qualquer gás são . Se não forem, use a equação de Nernst para ajustar. - Verifique as fases: sólidos e líquidos puros → atividade
. - Calcule
usando valores tabelados (referidos ao SHE). - Para condições não padrão, aplique
com
,
em kelvin,
e
o quociente de reação formado pelas atividades. À temperatura padrão
o fator
vale aproximadamente
, então
Passo 10
Resumo prático (checklist de condições padrão para medir ddp): eu sempre verifico estes pontos antes de dizer que estou medindo
:
-
( ). - Atividades das espécies aquosas iguais a
(praticamente: concentrações ). - Pressão parcial de gases
(ou na prática histórica). - Sólidos e líquidos puros (atividade
). - Medição em circuito aberto com voltímetro de alta impedância; eletrodos limpos e reversíveis; ponte salina e atenção ao potencial de junção.
- Referência: SHE definida como
nas condições acima.
Resposta
Atividades das espécies aquosas iguais a
Pressão parcial dos gases
Sólidos e líquidos puros com atividade
Medição em circuito aberto (sem corrente) com voltímetro de alta impedância; eletrodos reversíveis e ponte salina/controle do potencial de junção.
Referência: eletrodo padrão de hidrogênio (SHE) com