Potencial Padrão de Redução e Pilhas

          


       O eletrodo de gás hidrogênio é usado como padrão de referência para se descobrir os potenciais-padrão de redução dos outros eletrodos.

       Uma pilha pode ser definida como um equipamento que consegue converter energia química em energia elétrica. Para tal, ela precisa conter dois eletrodos, o cátodo e o ânodo, que são formados por diferentes metais, por onde os elétrons irão fluir gerando a corrente elétrica.

       Conforme explicado no texto Diferença de potencial de uma pilha, esse fluxo de elétrons sempre irá correr no sentido do cátodo para o ânodo, isto é, do eletrodo que tem menor potencial de redução para o eletrodo que possui maior potencial de redução. Além disso, foi mostrado o exemplo da pilha de Daniell, que tem a força eletromotriz ou diferença de potencial entre os eletrodos igual a 1,10 V.

       Encontramos esse valor diminuindo o potencial-padrão (de redução ou de oxidação) de um eletrodo por outro. No caso dessa pilha, o cátodo é o cobre e o ânodo é o zinco. Os potenciais-padrão de redução de cada um são + 0,34V e – 0,76 V, respectivamente. Fazendo a conta, temos:

       Mas daí surge uma questão: De onde surgiram os valores dos potenciais-padrão de redução desses dois metais?

       Para poder calcular a força eletromotriz de uma pilha, convencionou-se medir o potencial (de redução e de oxidação) de cada eletrodo em relação a um eletrodo padrão, isto é, um eletrodo que estivesse em condições padrão e que serviria de referência para se comparar com os demais eletrodos.

       O escolhido foi o eletrodo de hidrogênio, que é formado por um fio de platina (Pt) com uma placa de platina na ponta dentro de um tubo de vidro que está preenchido com gás hidrogênio (H2) sob pressão de 1 atm. O gás hidrogênio fica adsorvido na placa de platina, que é inerte e não participa da reação. Esse conjunto fica mergulhado numa solução de ácido sulfúrico de concentração 1 mol/L, em temperatura de 25ºC ou 298 K.

       Adotou-se por convenção que os potenciais-padrão de redução e de oxidação normais do hidrogênio, medidos em condições padrão, são iguais a zero.

       Portanto, ligando o eletrodo de hidrogênio com um eletrodo de outro metal, medimos a diferença de potencial dessa pilha formada com um voltímetro e, então, sabemos o valor do potencial-padrão do metal.

       Por exemplo, digamos que formemos uma pilha em que um eletrodo é de zinco e o outro é o de hidrogênio. O valor medido no voltímetro é igual a - 0,76 V.

       O fato de ter dado um valor negativo indica que a corrente está fluindo do eletrodo de zinco para o eletrodo de hidrogênio. Isso significa que nesse caso o zinco é o ânodo (polo negativo, onde o zinco metálico sofre oxidação, perdendo elétrons), e o hidrogênio é o cátodo (polo positivo, onde os cátions de hidrogênio sofrem redução, ganhando elétrons).

        Sabendo que o potencial-padrão do hidrogênio é igual a zero, podemos descobrir o potencial-padrão do zinco:

       Assim, descobrimos que o potencial-padrão de redução do zinco é – 0,76 V. O seu potencial-padrão de oxidação é numericamente igual, mas com sinal contrário, isto é, +0,76 V.

       

Agora considere uma pilha formada entre o eletrodo de cobre e o de hidrogênio:

       Dessa vez, o voltímetro marcou um valor positivo, igual a + 0,34. Isso quer dizer que agora ocorre o contrário da pilha anterior, a corrente está fluindo do eletrodo de hidrogênio para o eletrodo de cobre. 

       O hidrogênio é o ânodo (polo negativo, onde o gás hidrogênio sofre oxidação, perdendo elétrons), e o cobre é o cátodo (polo positivo, onde os cátions de cobre sofrem redução, ganhando elétrons).

       Seguindo o mesmo raciocínio da pilha anterior, temos:

     










        O potencial-padrão de redução do cobre é igual a + 0,36 V e o seu potencial-padrão de oxidação é + 0,36 V.

       Desse modo foi possível obter experimentalmente os valores de potenciais-padrão de redução de vários metais e os de oxidação dos seus cátions. Também foram obtidos os potenciais-padrão de oxidação de alguns ametais e de redução de seus ânions. Esses valores estão na tabela abaixo:

01) (VUNESP) A imersão de um fio de cobre num recipiente contendo solução aquosa de cloreto de mercúrio II provoca, depois de algum tempo, o aparecimento de gotículas de um líquido de brilho metálico no fundo do recipiente, e a solução que era inicialmente incolor adquire coloração azul. explique o que aconteceu do ponto de vista químico.
Escreva a reação do processo, identificando os produtos formados.

Resolução:

 Assim, quando o íon metálico estiver na fila em uma posição à direita do metal (que foi introduzido no recipiente) a reação ocorrerá.

Comentário: Nível intermediário, pois necessita da obtenção de conhecimento a respeito do íons de metal que reagem ou não, e da formação da reação do processo.

02) (Fuvest-SP) Deixando funcionar uma pilha formada por uma barra de chumbo imersa em uma solução de Pb(NO3)2 e uma barra de zinco imersa em uma solução de Zn(NO3)2 separadas por uma parede porosa, após algum tempo a barra de zinco vai se desgastando e a de chumbo ficando mais espessa, em consequência da deposição de átomos neutros no início do de chumbo do experimento, as duas barras apresentavam as mesmas dimensões e o espessamento da barra de chumbo. Qual o sentido do fluxo de elétrons no fio metálico.

Resolução:

Desgaste da barra de zinco:

Os elétrons fluem do eletrodo de zinco para o de chumbo.

Comentário: Nível intermediário. O espessamento da barra de chumbo, implica em ganho de massa e portanto ganho de elétrons ,ou seja redução; portanto o desgaste da barra de zinco implica em perda de elétrons , ou seja , em oxidação. Portanto, fez-se necessário o conhecimento a respeito do processo de oxidação e redução.

03) Numa pilha eletroquímica sempre ocorre:

a)      Redução no ânodo.

b)      Movimentação de elétrons no interior da solução eletrolítica.

c)      Passagem de elétrons, no circuito externo, do cátodo para o ânodo.

d)     Reação de neutralização.

e)      Uma reação de oxirredução.

Resolução: E

Comentário: Nível intermediário. No ânodo ocorre uma oxidação. A movimentação de elétrons ocorre nos eletrodos. A passagem de elétrons é do ânodo para o cátodo. A reação que ocorre é de oxirredução e não de neutralização. Assim como explicamos nos textos e na vídeo-aula anexada.