A reação I e II representam reações de oxirredução que oco...
I. 2 MnO2(s) + H2O(ℓ) + 2 e⁻ → Mn2O3(s) + 2 OH⁻(aq)
II. Zn(s) + 2 OH- (aq) → ZnO(s) + H2O(ℓ) + 2 e⁻
As pilhas alcalinas começaram a ser produzidas no Brasil em 1978. A diferença básica entre essa pilha e a de Zn-C é que a primeira emprega célula eletroquímica com materiais ativos de maior grau de pureza. As pilhas alcalinas são mais resistentes a altas temperaturas, oferecem maior segurança contra vazamentos e duram de quatro a dez vezes mais que as Zn-C dependendo do uso. (https://www.scielo.br acesso em 16/04/2023)
Entre as vantagens dessa nova pilha está o fato de não ocorrer a formação de gases durante o processo redox, eliminando-se, portanto, os riscos de explosões. Sabendo-se que o potencial padrão de redução, E°, do zinco e do manganês, nos processos I e II, é -1,25 V e + 0,29 V, respectivamente, calcule a voltagem produzida pela pilha.
Gabarito comentado
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Alternativa Correta: E - E = + 1,54 V
Vamos analisar o tema central da questão, que envolve reações de oxirredução em pilhas, especificamente em pilhas alcalinas. Esse é um conceito fundamental na eletroquímica, que estuda as reações químicas que produzem ou são produzidas por uma corrente elétrica. As pilhas alcalinas são amplamente utilizadas devido à sua maior eficiência e durabilidade em comparação com as pilhas de zinco-carbono (Zn-C).
Para resolver a questão, precisamos entender o conceito de potencial padrão de eletrodo (E°), que é a tendência de uma espécie química ganhar ou perder elétrons. A voltagem total da pilha é dada pela diferença entre o potencial de redução do catodo e o potencial de oxidação do anodo.
Na questão, temos:
- Reação I (Catodo - Redução): 2 MnO2(s) + H2O(ℓ) + 2 e⁻ → Mn2O3(s) + 2 OH⁻(aq) com E° = +0,29 V
- Reação II (Anodo - Oxidação): Zn(s) + 2 OH⁻(aq) → ZnO(s) + H2O(ℓ) + 2 e⁻ com E° = -1,25 V
Para calcular a voltagem da pilha:
E = E°(catodo) - E°(anodo)
E = +0,29 V - (-1,25 V)
E = +0,29 V + 1,25 V = +1,54 V
Portanto, a voltagem produzida pela pilha é +1,54 V, confirmando que a alternativa correta é a E.
Agora, vamos analisar as alternativas incorretas:
- A - E = +15,4 V: Este valor é muito alto para qualquer pilha comum, indicando um erro de cálculo.
- B - E = +154 V: Um valor extremamente alto e fisicamente impossível para uma pilha desse tipo, também evidenciando erro.
- C - E = -1,54 V: Um valor negativo indicaria que a reação não ocorre espontaneamente, o que não é o caso das pilhas alcalinas.
- D - E = +0,154 V: Um erro de ordem de grandeza, já que o cálculo correto nos dá +1,54 V.
Ao resolver questões de eletroquímica, uma estratégia eficaz é lembrar que o potencial da pilha é calculado pela diferença entre o potencial de redução do catodo e o potencial de oxidação do anodo. Sempre verifique se os sinais dos potenciais estão corretos e se os valores fazem sentido no contexto da questão.
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