Um tarugo de Ni é imerso em uma solução de cloreto de sódio 1.0 molL^-1 que está saturada com oxigênio (alta concentração). Outro tarugo de Ni é imerso numa solução de NaCl 1,0 molL^-1 insaturada de oxigênio (baixa concentração). As semi-células estão unidas por uma ponte salina (tubo em U contendo KNO3 1,0 molL^-1 e fechado nas extremidades com uma membrana semipermeável). A temperatura no sistema eletroquímico é de 298 K . Identifique as reações anódica e catódica, determine o potencial da reação e calcule a energia livre de Gibbs.

Passo 1

Resumo do enunciado: dois tarugos de Ni em soluções de NaCl 1,0 mol L⁻¹, uma saturada em O₂ (alta [O₂]) e outra insaturada em O₂ (baixa [O₂]), unidas por ponte salina a 298 K.
Matéria envolvida: célula de concentração e equação de Nernst.
O que vamos precisar:
• Identificar quais semi-reações acontecem em cada eletrodo (ânodo/cátodo).
• Usar a equação de Nernst para um eletrodo de oxigênio.
• Calcular ΔG a partir de ΔG = –nFE.

Passo 2

Teoria básica: como o Ni aqui é só “eletrodo inerte”, não entra em reação, a química rolando é a do oxigênio dissolvido.
Meia-reação de redução clássica (em meio ácido, mas pH ≃ 7 a gente trata [H⁺] constante):
O2 + 4,H^+ + 4,e^- ;longrightarrow; 2,H2O
A oxidação é o reverso desta equação.

Passo 3

Identificando ânodo e cátodo:
• Cátodo (redução) é onde há mais oxidante → solução saturada em O₂.
• Ânodo (oxidação) é onde há menos oxidante → solução insaturada em O₂.
Logo:
ânodo (oxidação):
2,H2O ;longrightarrow; O2 + 4,H^+ + 4,e^-
cátodo (redução):
O2 + 4,H^+ + 4,e^- ;longrightarrow; 2,H2O

Passo 4

Potencial da célula via equação de Nernst:
Para cada eletrodo de O₂:
E = E^0 - RTnFln Q
Mas, como é célula de concentração de O₂, os termos Erm cel ;=; Erm cat - Erm an ;=;RT4F,ln!gl([O2]rm a se cancelam e Erm cel = (8,314)(298)4,(9,6485times10^4)ln[O2]rm a em cada pólo. O potencial total fica:
Substituindo ,J mol⁻¹ K⁻¹, ,K, ,C mol⁻¹:

Passo 5

Energia livre de Gibbs da reação global:
De

Resposta

Ânodo (oxidação):
2,H2O;longrightarrow;O2+4,H^+ +4,e^-
Cátodo (redução):
O2+4,H^+ +4,e^- ;longrightarrow;2,H2O
Potencial da célula:
Erm cel = RT4F,ln!l([O2]rm a
Energia livre de Gibbs:
De

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