Um tarugo de Ni é imerso em uma solução de cloreto de sódio
que está saturada com oxigênio (alta concentração). Outro tarugo de Ni é imerso numa solução de
insaturada de oxigênio (baixa concentração). As semi-células estão unidas por uma ponte salina (tubo em U contendo
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.
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):
Meia-reação de redução clássica (em meio ácido, mas pH ≃ 7 a gente trata [H⁺] constante):
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):
• 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):
cátodo (redução):
Passo 4
Potencial da célula via equação de Nernst:
Para cada eletrodo de O₂:
Para cada eletrodo de O₂:
Mas, como é célula de concentração de O₂, os termos
se cancelam e
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:
Resposta
Ânodo (oxidação):
Cátodo (redução):
Potencial da célula:
Energia livre de Gibbs: