Potencial de eletrodo padrão e série eletroquímica

Na eletroquímica, os termos "potencial de eletrodo padrão" e "série eletroquímica" são fundamentais. Esses conceitos nos permitem entender e prever como diferentes espécies químicas aceitam ou doam elétrons em reações de oxirredução. Este artigo explica esses tópicos em detalhes, fornecendo compreensão fundamental e exemplos ilustrativos.

Compreendendo o potencial de eletrodo padrão

O potencial de eletrodo padrão é uma medida do potencial individual de um eletrodo reversível sob condições padrão, incluindo solutos com atividade de 1 mol/L, gases a uma pressão de 1 atmosfera e uma temperatura de 25°C (298 K). Este potencial é importante na determinação da tendência de uma espécie química ser reduzida ou oxidada.

O potencial de eletrodo padrão é representado por E° e é medido em volts (V). Ele compara a capacidade de diferentes eletrodos de conduzir elétrons e assim realizar reações de oxirredução.

O eletrodo padrão de hidrogênio (EPH) serve como um eletrodo de referência, com um potencial fixo de 0,00 V. Todos os outros potenciais de eletrodo são medidos em relação a este padrão.

O papel do eletrodo padrão de hidrogênio

Eletrodo Padrão de Hidrogênio (EPH) é importante na definição das condições padrão e na medição dos potenciais de eletrodo. O EPH consiste em um eletrodo de platina imerso em uma solução de ácido clorídrico com gás hidrogênio borbulhando através dele. O esquema é mostrado abaixo:

O EPH é considerado a linha de base com 0,00 V. Todos os outros potenciais de eletrodo são medidos em relação a essa linha de base. Isso forma a base da série eletroquímica, que classifica os elementos com base em seus potenciais de eletrodo padrão.

Calculando o potencial da célula usando o potencial de eletrodo padrão

Uma célula galvânica utiliza dois metais diferentes conectados por uma ponte de sal ou membrana porosa, causando o fluxo de íons e produzindo uma corrente elétrica. O potencial padrão da célula, E° célula, é calculado usando a equação:

E° célula = E° cátodo - E° ânodo

Onde:

• E° cátodo é o potencial padrão para a reação de redução que ocorre no cátodo.
• E° ânodo é o potencial padrão para a reação de oxidação que ocorre no ânodo.

Zn(s) | Zn 2+ (aq) || Cu²⁺ (aq) Cu(s)

As reações são as seguintes:

• No ânodo: Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e⁻ (potencial padrão = -0,76 V)
• No cátodo: Cu 2+ (aq) + 2e⁻ → Cu(s) (potencial padrão = +0,34 V)

O potencial total da célula é calculado como:

E° célula = 0,34 V – (-0,76 V) = 1,10 V

Esse potencial positivo indica que a reação é espontânea.

Série eletroquímica e sua importância

A série eletroquímica, também conhecida como série de atividade, é uma lista de elementos ordenados de acordo com seu potencial de eletrodo padrão. Esta série ajuda a prever e entender o comportamento dos metais durante as reações de oxirredução.

Esta série é baseada no potencial de eletrodo padrão de cada metal, facilitando a previsão de quão facilmente o metal perderá elétrons, ou seja, sofrerá oxidação. Metais no topo, como o lítio, têm a maior tendência a oxidar, enquanto metais no fundo, como o ouro, são mais propensos a serem reduzidos.

        Li⁺/Li < -3,05 V
        K⁺/K < -2,93 V
        Na⁺/Na < -2,71 V
        Ca²⁺/Ca < -2,87 V
        ,
        Cu²⁺/Cu < +0,34 V
        Ag⁺/Ag < +0,80 V
        Au³⁺/Au < +1,50 V
    

Metais mais altos na série podem deslocar metais mais baixos na série de seus compostos em solução aquosa.

        Zn(s) + CuSO 4 (aq) → ZnSO 4 (aq) + Cu(s)
    

Aplicações da série eletroquímica

Existem muitas aplicações práticas da série eletroquímica:

Previsão da viabilidade de uma reação

Esta série permite aos químicos prever a viabilidade de reações de oxirredução. Um potencial de célula positivo indica que a reação é espontânea.

        Cu²⁺(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn²⁺(aq)
    

Compreensão da corrosão

A corrosão é um processo de oxirredução no qual os metais são lentamente oxidados pelo ambiente. A série eletroquímica ajuda a entender e prevenir a corrosão. Por exemplo, a tendência do ferro de enferrujar pode ser reduzida usando metais mais ativos, como o zinco, para galvanização.

Cálculo de força eletromotriz (FEM)

Através da série eletroquímica, a fem das células eletroquímicas pode ser calculada, o que é útil no design e aplicação de baterias.

Fabricação de produtos químicos

A série eletroquímica é usada na preparação industrial de produtos químicos. Por exemplo, ela ajuda a determinar a escolha adequada de metais em processos de eletrólise, como a extração de sódio e cloro do cloreto de sódio por eletrólise.

Conclusão

Compreender os potenciais de eletrodo padrão e a série eletroquímica é essencial para entender as reações eletroquímicas. Ao compreender esses conceitos, preveja quais reações são propensas a ocorrer espontaneamente e use este conhecimento em uma variedade de aplicações científicas e industriais. Lembre-se, esses conceitos revelam o comportamento subjacente de metais e íons em vários cenários, fornecendo insights fundamentais para a eletroquímica e seus campos aplicados.

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