Aprenda como calcular o potencial de redução de uma pilha

O potencial padrão de redução representa o quanto cada metal pode reduzir ou oxidar numa reação de oxirredução. Cada metal possui um potencial padrão diferente. Entenda!

Na pilha ocorre o deslocamento de elétrons através das reações de oxirredução, o que acaba gerando eletricidade por meio da conversão da energia química em energia elétrica. Esse deslocamento ocorre do eletrodo que tem menor potencial padrão de redução para o eletrodo que possui maior potencial de redução. Acompanhe esta aula para entender melhor!

O que é potencial de redução

A pilha é formada por dois eletrodos distintos:

  • Um cátodo, que representa o polo positivo, ganhando elétrons,
  • Um ânodo, que representa o polo negativo, perdendo elétrons.

Esses dois metais diferentes permitem o deslocamento dos elétrons no sentido do ânodo para o cátodo, ou seja, do eletrodo que apresenta menor potencial de redução para o eletrodo que possui maior potencial de redução.

Nas pilhas ocorrem reações de oxirredução, onde há compostos que sofrem oxidação, que representa a perda de elétrons com aumento do Nox, e compostos que sofrem redução, que representa o ganho de elétrons, com diminuição do Nox.

Reação de oxirredução

Quando ocorre ganho de elétrons, eles se localizam nos reagentes. Quando ocorre perda de elétrons, por sua vez, eles se localizam nos produtos, conforme podemos observar os exemplos abaixo:

Reação de oxirredução da prata

Potencial padrão de redução

Em uma reação quem sofre redução é chamado de agente oxidante, pois provoca a oxidação. Enquanto isso, quem sofre oxidação é chamado de agente redutor, pois provoca a redução.

Nas pilhas, quem sofre reação de oxidação, sofre corrosão, enquanto quem sofre reação de redução, sofre um aumento de massa.

Nesses casos, temos sempre a presença de dois metais diferentes, ou seja, um que oxida e outro que reduz. Cada metal tem um potencial padrão (E0) diferente, que representa o quanto cada metal pode reduzir ou oxidar.

Esses potenciais são medidas, e toda medida apresenta um referencial para os demais eletrodos. Como padrão, foi escolhido o eletrodo de hidrogênio (EPH). Em condições padrão, os potenciais padrão de redução e de oxidação do hidrogênio são iguais a zero (E0red = 0,0V).

Sempre é bom lembrar que as condições padrão equivalem a 1 mol/L, 1 atm e 25ºC.

Assim, o potencial está relacionado com a capacidade de geração de energia elétrica pelas pilhas através das reações de oxirredução. Seu cálculo representa o quanto de energia essa pilha irá produzir. Sua unidade de medida é em Volts (V).

Cálculo do potencial de redução

O potencial de oxidação de uma pilha é a capacidade de sofrer oxidação, e o potencial de redução é a capacidade de sofrer redução.

Para o cálculo, necessitamos dos valores dos potenciais que são fornecidos pelo enunciado dos exercícios. Devemos observar o que ocorre nas equações químicas, ou seja, verificar quem sofre oxidação e quem sofre redução.

Vamos representar através de algumas equações:

Equação de potencial de redução

Nestes exemplos o elemento que sofre redução mais fácil é a prata (Ag). O melhor agente oxidante, ou seja, que sofre redução mais fácil, também é o elemento prata.

Os potenciais de redução e de oxidação de um elemento são numericamente iguais, apenas com o sinal oposto. A IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) recomenda que se utilize os potenciais de redução. Assim, caso não seja dado no enunciado, sabe-se que este será o potencial, ou podemos observar o que ocorre nas equações.

Exemplos de cálculo de potencial de redução

Exemplo 1

Em uma pilha, o cobre metálico (Cu0) reage com a solução de ferro (Fe+2).Em seguida, vamos representar essas equações:

Exemplo de cálculo de potencial de redução

Quando o valor do potencial for um resultado negativo significa que o cobre metálico não reage espontaneamente com o ferro. Sendo assim, é uma reação não espontânea e a pilha não irá funcionar.

Observação: Na equação global dessa pilha os elétrons não entram, pois temos as mesmas quantidades em ambos os lados das reações, podendo ser eliminados.

Exemplo 2

Em uma pilha o magnésio metálico (Mg0) reage com a solução de cobre (Cu+2). Em seguida, vamos agora representar essas equações:

Exemplo de cálculo de potencial de redução

Nesse exemplo, a reação ocorre naturalmente, sendo uma reação espontânea. Também é possível identificar quem sofre oxidação e quem sofre redução.

O elemento magnésio possui Nox que vai do (zero) para o (+2), aumentando seu Nox e sofrendo oxidação. O elemento cobre possui Nox que vai do (+2) para o (zero), diminuindo seu Nox e sofrendo redução.

Exemplo 3

Em um outro exemplo, qual será a reação espontânea se estiverem em contato os metais Fe e Cu e seus íons?

Vamos representar suas equações:

Equação de potencial de redução

De acordo com estas equações, quem sofre redução é aquela substância que apresenta o maior potencial de redução. Neste exemplo, o cobre sofre redução e o ferro sofre oxidação. Mas para o ferro sofrer oxidação, precisamos inverter sua equação e também inverter o sinal do seu potencial padrão.

Exemplo de cálculo de potencial de redução

Para calcular a equação global, devemos somar as reações, onde as quantidades de elétrons presentes devem ser iguais. E o cálculo da diferença de potencial é a soma dos potenciais padrão de cada reação

Diferença de potencial de uma pilha (DDP)

A diferença de potencial de uma pilha (DDP) ou variação de potencial da pilha (ΔE0), ou força eletromotriz (fem) representa a diferença entre os potenciais de cada eletrodo. A medida usada é em volts (V).

Vamos calcular a DDP da pilha formada por alumínio e cobre. São dadas as seguintes equações:

Equação de potencial de redução

As duas semirreações são de redução, pois podemos observar que os valores de seus Nox diminuem e que os elétrons estão localizados nos reagentes.

Para o cálculo da DDP usamos a fórmula:

∆E0 = > E0 – < E0

∆ E0 = 0,34 – (-1,66) = 2,0V  (reação espontânea)

Podemos montar uma pilha também empregando os elementos alumínio e zinco. Veja abaixo como ficam as reações:

Reação de pilha de alumínio e zinco

Neste exemplo, tanto o alumínio quanto o zinco apresentam sinal negativo para a redução, ou seja, nenhum deles gosta de reduzir, pois ambos preferem oxidar. Mas sabemos que nas pilhas um oxida e um se reduz. Assim, quem irá oxidar e quem irá reduzir?

O maior valor irá reduzir e o menor irá oxidar, então o zinco reduz e o alumínio oxida. Com isso, devemos inverter a equação do alumínio, invertendo também o sinal do seu potencial padrão, e mantemos a equação do zinco.

Equação de pilha de alumínio e zinco

Podemos perceber que a quantidade de elétrons está diferente em cada uma das reações. Assim, teremos que multiplicar a equação do alumínio por 2, e a equação do zinco por 3, tendo ao todo 6 elétrons de cada lado.

Multiplicações na equação de pilha de alumínio e zinco

Observação: não multiplicamos os valores dos potenciais padrão porque estes são qualitativos, e não dependem da quantidade.

Nossas equações ficarão representadas por:

Equação de potencial de redução

Videoaula

Para encerrar os seus estudos, confira a seguinte videoaula:

Exercícios

1- (UFSCar-SP-2010)

Dadas as semirreações:

2 Fe2+ → 2 Fe3+ + 2 e,     Eo = – 0,77 V

2 Cl-1 + 2 e → Cl2 + 2e,  Eo = – 1,36 V

Calcule o potencial da reação e diga se ela é espontânea ou não, assinalando a opção correta:

2 Fe2+ + Cl2 → 2 Fe3+ + 2 Cl-1

a) – 0,59 V; a reação não é espontânea.

b) 0,59 V; a reação não é espontânea.

c) 0,59; a reação é espontânea.

d) – 2,13 V; a reação não é espontânea.

e) 2,13 V; a reação é espontânea.

2- (PUC-MG-2012)

O valor do ΔE0 para a célula representada pela equação:

2 Ag+(aq) + Mg(s) → 2 Ag(s) + Mg2+(aq)

Conhecendo-se os potenciais-padrão de redução:

Ag+ + e Ag(s)                     E0 = +0,80 volt

Mg+2 + 2 e  Mg(s)       E0 = –2,37 volts

É igual a:

a) +3,17 volts.

b) +1,57 volt.

c) +0,77 volt.

d) –3,17 volts.

e) –0,77 volt.

3- (CESGRANRIO-RJ)

Observe as seguintes semirreações:

+ 2e- → Zn°   E° = –0,76 V

+ 2e- → Fe°   E° = –0,44 V

Assinale a opção que contém a afirmativa correta:

a) O eletrodo de zinco é o agente redutor.

b) O eletrodo de ferro sofrerá corrosão.

c) Os elétrons migrarão do eletrodo de ferro.

d) O eletrodo de zinco terá a sua massa aumentada.

e) A solução da semi -célula de ferro terá excesso de íons de ferro.

4- (PUC-MG-2009)

Em uma pilha galvânica, um dos eletrodos é cobre imerso em uma solução de Cu2+ 1,0 mol/L, e o outro é chumbo imerso em uma solução 1,0 mol/L de íons Pb2+. Baseando-se nos potenciais de redução padrão, a afirmativa correta é:

Cobre:  + 2e– → Cu°        E° = +0,34 volt

Chumbo:  + 2e- → Pb°      E° = –0,13 volt

a) O chumbo cede elétrons ao cobre.

b) O eletrodo de chumbo funciona como o cátodo da pilha.

c) O eletrodo de cobre funciona como ânodo da pilha.

d) A representação da reação da pilha é Cu°/Cu2+//Pb2+/Pb°

e) A diferença de potencial da pilha é de +0,21 volt.

5- (UFF-RJ-2014)

Uma pilha galvânica padrão foi construída usando-se, como eletrodos, um fio de zinco metálico mergulhado em solução contendo íons zinco II e um fio de prata metálica mergulhado em solução contendo íons prata I. Considerando as semirreações:

(aq) + 2e- → Zn°(s)      E° = –0,76 V

(aq) + e − → Ag°(s)       E° = +0,80 V

Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, o ânodo, o cátodo e o potencial-padrão da pilha:

a) Zn; Ag; 0,04 V

b) Ag; Zn; –1,56 V

c) Zn; Ag; 1,56 V

d) Ag; Zn; 2,36 V

e) Ag; Zn; –2,32 V

Gabarito

  1. C
  2. A
  3. A
  4. A
  5. C

Sobre o(a) autor(a):

Texto elaborado por Roseli Prieto, professora de Química e Biologia da rede estadual de São Paulo. Já atuou em diversas escolas públicas e privadas de Santos (SP). É Gestora Ambiental e Especialista em Planejamento e Gestora de cursos a distância.

Compartilhe: