Quando uma solução aquosa de iodeto de zinco é eletrolisada, forma-se zinco metálico e iodo molecular. Dada as semirreações de redução:
a) Qual eletrodo é o ânodo e qual é o cátodo?
b) Em qual eletrodo se deve aplicar o potencial positivo? E o potencial negativo?
c) Qual é a diferença de potencial mínima a ser aplicada na célula eletroquímica para ocorrer a eletrólise?
b) Em qual eletrodo se deve aplicar o potencial positivo? E o potencial negativo?
c) Qual é a diferença de potencial mínima a ser aplicada na célula eletroquímica para ocorrer a eletrólise?
Passo 1
O enunciado pede três coisas: (a) identificar qual eletrodo é o ânodo e qual é o cátodo na eletrólise de uma solução aquosa de iodeto de zinco; (b) dizer em qual eletrodo se deve aplicar potencial positivo e em qual se deve aplicar potencial negativo; (c) calcular a diferença de potencial mínima a ser aplicada para que a eletrólise ocorra.
As informações fornecidas são as duas semirreações de redução padronizadas e seus potenciais-padrão:
As informações fornecidas são as duas semirreações de redução padronizadas e seus potenciais-padrão:
Passo 2
Vamos lembrar, com calma, o que significam alguns termos importantes (aqui é aula rápida e prática):
- Redução é ganho de elétrons; a meia-reação escrita com elétrons no lado direito é a redução. Ex.:
é redução. - Oxidação é perda de elétrons; é a reação inversa da redução. Ex.:
é oxidação (inverso da redução dada). - Cátodo é o eletrodo onde ocorre redução; ânodo é o eletrodo onde ocorre oxidação.
- O potencial padrão de redução
indica quão facilmente uma espécie é reduzida: quanto mais positivo , mais favorecida a redução dessa espécie em condições padrão.
Passo 3
Interpretação dos potenciais dados (explicando o que cada número nos diz):
- Para o par
temos . Isso significa que, em condições padrão, tende a ser reduzido a com potencial positivo — ou seja, é relativamente fácil de reduzir. - Para o par
temos . Isso significa que, em condições padrão, a redução de a é desfavorecida (valor negativo) em comparação com o padrão; ou seja, o zinco metálico tende a ser oxidado para (pois o seu potencial de redução é baixo/negativo).
Passo 4
Usando a informação do enunciado sobre os produtos (forma-se zinco metálico e iodo molecular) e a definição de cátodo/ânodo:
- Como forma-se zinco metálico, isso significa que
foi reduzido a . A redução ocorre no cátodo. Logo, o cátodo é o eletrodo onde ocorre a meia-reação
- Como forma-se iodo molecular, isso significa que
foi oxidado a . A oxidação ocorre no ânodo. Logo, o ânodo é o eletrodo onde ocorre a meia-reação
Passo 5
Explicando onde ligar os terminais da fonte (potenciais aplicados), intuitivamente e com física simples:
- Em eletrólise, o eletrodo que recebe elétrons da fonte (e fica negativo) é o cátodo — ele atrai cátions e permite redução. Portanto, deve-se aplicar potencial negativo no cátodo (o polo negativo da fonte).
- O eletrodo ligado ao polo positivo da fonte é o ânodo — ele atrai ânions e é onde ocorre a oxidação. Portanto, deve-se aplicar potencial positivo no ânodo (o polo positivo da fonte).
Colocando em termos diretos: potencial negativo no eletrodo que reduz; potencial positivo no eletrodo que oxida .
Passo 6
Agora vamos calcular a diferença de potencial mínima necessária. Para forçar a reação eletrolítica desejada precisamos aplicar uma tensão que vença a tendência natural (diferença entre potenciais de redução). A fórmula prática é:
Aqui, a “redução no cátodo” é a redução de
com
. A “redução no ânodo” é a redução correspondente à reação inversa que ocorre lá; como no ânodo ocorre oxidação de
, usamos o potencial de redução do par
, que é
. Substituindo:
Passo 7
Efetuando a conta com calma:
O sinal negativo indica apenas que, para que a redução ocorra no eletrodo escolhido (redução de
), é preciso que o cátodo esteja negativo em relação ao ânodo por uma diferença de potencial de
. Em termos práticos, a magnitude mínima da tensão a ser aplicada pela fonte é
(na polaridade correta: ânodo positivo, cátodo negativo). Observação prática: na vida real há perdas extras (sobrepotenciais), então normalmente se aplica um pouco mais do que
, mas teoricamente o mínimo é
.
Resposta
(a) ânodo: eletrodo onde ocorre a oxidação
; cátodo: eletrodo onde ocorre a redução
.
(b) aplicar potencial positivo no ânodo e potencial negativo no cátodo.
(c) .
(b) aplicar potencial positivo no ânodo e potencial negativo no cátodo.
(c)