Em um trocador de calor, uma tubulação de cobre (Cu) é conectada a uma placa de zinco
para proteção catódica. Se as atividades dos íons no eletrólito forem
e
. Verifique na tabela os potenciais de redução, determine a força eletromotriz (
) da pilha e identifique qual metal sofrerá corrosão (ânodo).
As semi-reações são:
Passo 1
O que o enunciado pede e que dados foram fornecidos:
-
Perguntas pedidas:
- Determinar a força eletromotriz (Δ
) da pilha formada entre zinco e cobre com as atividades dadas. - Identificar qual metal será o ânodo (isto é, qual metal sofrerá corrosão).
- Determinar a força eletromotriz (Δ
-
Informações fornecidas no enunciado:
- Semi-reações (forma de redução):
- Semi-reações (forma de redução):
- Atividades dos íons no eletrólito:
- Observação: o enunciado pede que se “verifique na tabela os potenciais de redução”. Vou usar os potenciais-padrão de redução normalmente encontrados em tabelas padrão (valores padrão a
). Estes valores serão declarados no próximo passo e usados nos cálculos.
Passo 2
Pegar os potenciais-padrão de redução e explicar o que eles significam:
- Dos livros/tabelas padrão de eletroquímica (condições padrão
, e ) tem-se:
- Significado: cada
é o potencial de redução padrão da meia-reação escrita. Quanto mais positivo o de uma meia-reação, maior a tendência dessa meia-reação ocorrer como redução em relação a outra.
Passo 3
Decidir quais espécies serão reduzidas e oxidadas (definir cátodo e ânodo):
- Comparando os potenciais de redução:
- A meia-reação com maior
tem maior tendência a ser reduzida. Portanto: - Redução (cátodo):
. - Oxidação (ânodo): a outra meia-reação ocorre no sentido inverso:
.
- Redução (cátodo):
- Consequência prática: o zinco metálico será oxidado → isto é corrosão do zinco (ânodo), enquanto o cobre atua como cátodo.
Passo 4
Calcular a força eletromotriz padrão da célula
:
- Fórmula para potencial de célula em condições padrão:
- Substituindo:
Passo 5
Aplicar a equação de Nernst para obter
nas condições reais (com as atividades dadas):
-
A equação de Nernst geral para a célula éonde:
-
é o potencial da célula nas condições dadas, -
é o potencial padrão da célula, -
é a constante dos gases ( ), -
é a temperatura absoluta (assume-se a menos que indicado outro valor), -
é o número de elétrons trocados na reação global (aqui ), -
é a constante de Faraday ( ), -
é o quociente de reação escrito em termos de atividades.
-
-
Escrever a reação global (com a convenção redução no cátodo e oxidação no ânodo):Assim o quociente de reação é
Passo 6
Calcular
e avaliar o termo de correção da Nernst usando a forma prática em base 10:
- Com os valores dados (peguei as atividades do enunciado):
- É comum usar a forma logaritmo decimal da equação de Nernst a
: onde é o valor de a . - Substituindo
, e :
- Arredondando de forma prática (duas casas decimais é razoável aqui):
Passo 7
Interpretação final e relação com corrosão:
- Como
para a reação escrita , a reação é espontânea no sentido escrito: o zinco metálico é oxidado e, portanto, corrói (ânodo). - Em termos simples: zinco → zinco oxida e vai para solução como
; os elétrons gerados reduzem a cobre metálico no cátodo.
Resposta
Ânodo (sofrerá corrosão): Zn (zinco)