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Início/Química/Célula galvânica

Célula galvânica

Duas semicélulas, ponte salina, voltímetro; E° e FEM da célula pela equação de Nernst a partir das concentrações.

Célula galvânica

Escolha dois pares «íon/metal» (E° de redução em relação ao EPH). O ânodo (oxidação) e o cátodo (redução) se atribuem sozinhos; à esquerda fica sempre o ânodo. Um mesmo metal e [íon] diferentes — célula de concentração. As concentrações entram em Q; E_cell pela equação de Nernst para a reação balanceada.

Os controles de [íon] correspondem às semicélulas A e B do menu, não ao «béquer esquerdo/direito» do desenho. O Q associa sozinho as concentrações à química do ânodo e do cátodo. À esquerda fica sempre o ânodo.

1 M
1 M
298.15

Reação da célula

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Q = [Zn²⁺] / [Cu²⁺]

Casos

Atalhos de teclado

  • •R — redefinir: Zn | Cu, 1 M, 298 K

Grandezas medidas

ÂnodoZn
CátodoCu
E°cell1.100 V
E_cell1.1000 V
Q1.000e+0
n (e⁻ na reação global)2

Sobre o modelo

A célula galvânica converte uma reação de oxidação-redução espontânea em corrente no circuito externo. O esquema são duas semicélulas, uma ponte salina, eletrodos metálicos e um voltímetro. Escolhem-se dois pares «íon do metal / metal» (valores didáticos de E° de redução em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio). O ânodo (oxidação) fica à esquerda e o cátodo (redução) à direita: se os metais são distintos, o ânodo é o par de menor E°; se é o mesmo metal com concentrações diferentes, o lado diluído é o ânodo (célula de concentração). As concentrações entram no quociente de reação Q; a equação de Nernst E_cell = E°cell − (RT/nF) ln Q dá a FEM. Na ponte, de forma esquemática, os cátions vão ao cátodo e os ânions ao ânodo. As atividades são substituídas por concentrações; omitem-se os potenciais de junção e a polarização.

Para quem: Ensino médio e início da faculdade: oxidação-redução, potenciais padrão, equação de Nernst.

Conceitos-chave

  • célula galvânica
  • ânodo e cátodo
  • potencial padrão de redução
  • ponte salina
  • FEM
  • equação de Nernst
  • quociente de reação Q
  • célula de concentração

Como funciona

Duas semicélulas, ponte salina e voltímetro; ânodo à esquerda (menor E°), cátodo à direita. E°cell e E_cell pela equação de Nernst a partir das concentrações iônicas e da temperatura. Casos: pilha de Daniell, Fe|Cu, Zn|Ag. Se |E_cell| é apreciável, os elétrons circulam pelo fio externo.

Fórmulas principais

E°cell = E°cátodo − E°ânodo (ambos como redução frente ao EPH)
E_cell = E°cell − (RT / nF) ln Q

Perguntas frequentes

Por que o ânodo está sempre à esquerda?
Depois de escolher as duas semicélulas, o desenho se reordena para a oxidação ficar à esquerda e a redução à direita. Se os metais são distintos, é o par de menor E°; numa célula de concentração, o lado mais diluído. Assim se costuma desenhar o sentido de e⁻ pelo fio externo, do ânodo ao cátodo.
Como se monta Q para o par Zn e Ag⁺/Ag?
A reação se balanceia pelo número de elétrons: Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag, n = 2; as fases sólidas não entram em Q: Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]².
Por que a tensão pode não coincidir com a de um experimento?
Na realidade há potenciais de junção, as atividades não coincidem com a molaridade, e há processos secundários e passivação do eletrodo. Aqui usam-se E° idealizados e concentrações no lugar de atividades.
O que acontece se as duas semicélulas forem o mesmo metal?
É uma célula de concentração: E°cell = 0, mas E_cell = −(RT/nF) ln([Mⁿ⁺]_ânodo/[Mⁿ⁺]_cátodo). O lado diluído é o ânodo (o metal se dissolve); o concentrado, o cátodo (os íons se depositam). Se as concentrações são iguais, E_cell = 0.