Química · 11.ª–12.ª classe

Como escrever o esquema de uma pilha?

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  • 4 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

Escreve-se o esquema de uma pilha com o ânodo (oxidação) à esquerda e o cátodo (redução) à direita, separados por uma ponte salina representada por ||. Cada semicélula escreve-se «elétrodo | solução». Exemplo da pilha de Daniell: Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s).

Quando se aplica

O esquema (ou notação de pilha) é uma forma abreviada de descrever uma pilha numa única linha, sem desenhar a montagem. É usado nos exercícios para indicar quais são os elétrodos, as espécies em solução e o sentido da reação. Aplica-se a qualquer pilha galvânica e a partir dele é possível escrever as semirreações, a reação global e calcular a força eletromotriz.

Pré-requisitos

  • Saber distinguir oxidação (perda de eletrões) de redução (ganho de eletrões).
  • Saber que, na pilha, o ânodo é o polo negativo e o cátodo o polo positivo.
  • Consultar a tabela de potenciais padrão de redução: o elétrodo com menor potencial é o ânodo.

Os símbolos da notação

SímboloSignificado
Barra vertical simplessepara fases diferentes (por exemplo, sólido e solução)
Barra vertical duplaponte salina ou parede porosa entre as duas semicélulas
, (vírgula)separa espécies na mesma fase (por exemplo, Fe2+, Fe3+)
(s), (aq), (g)estado físico: sólido, aquoso, gasoso
Pt(s) ou C(grafite)elétrodo inerte, usado quando não há metal sólido

Opcionalmente, indica-se a concentração das soluções: Zn2+(aq, 1 mol/L).

Método passo a passo

  1. Identifique os dois pares redox e procure o potencial padrão de redução de cada um.
  2. Escolha o ânodo: é o par com menor potencial. O de maior potencial é o cátodo.
  3. Escreva as semirreações: oxidação no ânodo (sentido inverso ao da tabela) e redução no cátodo.
  4. Acerte os eletrões e some as semirreações para obter a reação global.
  5. Escreva o esquema: ânodo | espécie oxidada (ião) || espécie reduzida (ião) | cátodo.
  6. Complete a informação: polaridade (− no ânodo, + no cátodo), sentido dos eletrões (do ânodo para o cátodo) e, se pedido, a fem.

Modelo geral

ânodo(s) | ião do ânodo(aq) || ião do cátodo(aq) | cátodo(s) (−) oxidação ponte salina redução (+)

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Pilha de zinco e cobre

Enunciado: Escreva o esquema da pilha formada por zinco e cobre. E°(Zn2+/Zn) = −0,76 V; E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V.

Resolução:

  1. Menor potencial: zinco, logo é o ânodo. Cobre é o cátodo.
  2. Ânodo: Zn → Zn2+ + 2e-. Cátodo: Cu2+ + 2e- → Cu.
  3. Reação global: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu.
  4. Esquema: ânodo à esquerda, ponte salina no meio, cátodo à direita.

Resposta: Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s); E° = 0,34 − (−0,76) = 1,10 V. Verificação: o elétrodo que se oxida (zinco) está à esquerda e os eletrões vão para a direita.

Exemplo 2 — Pilha de magnésio e prata

Enunciado: Escreva o esquema, as semirreações e a reação global da pilha Mg/Ag. E°(Mg2+/Mg) = −2,37 V; E°(Ag+/Ag) = +0,80 V.

Resolução:

  1. O magnésio tem o menor potencial: é o ânodo. A prata é o cátodo.
  2. Ânodo: Mg → Mg2+ + 2e-.
  3. Cátodo: Ag+ + e- → Ag. Multiplica-se por 2 para igualar os eletrões: 2Ag+ + 2e- → 2Ag.
  4. Global: Mg + 2Ag+ → Mg2+ + 2Ag.
  5. Esquema: Mg(s) | Mg2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s).

Resposta: Mg(s) | Mg2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s); E° = 0,80 − (−2,37) = 3,17 V. Verificação: nos reagentes, 2Ag+ somam carga +2; nos produtos, Mg2+ soma +2. Átomos e cargas conservam-se.

Exemplo 3 — Do enunciado em forma de reação para o esquema

Enunciado: Uma pilha funciona segundo a reação 2Al(s) + 3Cu2+(aq) → 2Al3+(aq) + 3Cu(s). Escreva o seu esquema. E°(Al3+/Al) = −1,66 V; E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V.

Resolução:

  1. O alumínio oxida-se (Al → Al3+), logo é o ânodo, à esquerda.
  2. O cobre reduz-se (Cu2+ → Cu), logo é o cátodo, à direita.
  3. Eletrões trocados: 2 × 3 = 6 (também 3 × 2 = 6).
  4. E° = 0,34 − (−1,66) = 2,00 V.

Resposta: Al(s) | Al3+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s); E° = 2,00 V. Verificação: o elétrodo de menor potencial (Al) está à esquerda.

Exemplo 4 — Nível de exame: elétrodo inerte

Enunciado: Monte o esquema de uma pilha com zinco e com o par Fe3+/Fe2+, sabendo que não existe metal sólido neste par. E°(Zn2+/Zn) = −0,76 V; E°(Fe3+/Fe2+) = +0,77 V. Escreva a reação global e calcule a fem.

Resolução:

  1. Zinco (menor potencial): ânodo. Par Fe3+/Fe2+ (maior): cátodo.
  2. Como no cátodo não há metal, usa-se um elétrodo inerte de platina, que só conduz os eletrões.
  3. Ânodo: Zn → Zn2+ + 2e-. Cátodo: Fe3+ + e- → Fe2+ (multiplica-se por 2).
  4. Global: Zn + 2Fe3+ → Zn2+ + 2Fe2+.
  5. E° = 0,77 − (−0,76) = 1,53 V.

Resposta: Zn(s) | Zn2+(aq) || Fe3+(aq), Fe2+(aq) | Pt(s); E° = 1,53 V. Verificação: a vírgula entre Fe3+ e Fe2+ indica que estão na mesma solução, em contacto com a platina.

Erros frequentes

  • Pôr o cátodo à esquerda. Convenção: oxidação (ânodo) à esquerda, redução (cátodo) à direita. Confirme comparando os potenciais.
  • Escrever o metal em vez do ião do outro lado da barra. Na semicélula do ânodo, o ião é o produto da oxidação; na do cátodo, o ião é o reagente da redução.
  • Esquecer a ponte salina || ou usá-la dentro de uma semicélula. Uma barra simples separa fases; a barra dupla separa as duas semicélulas.
  • Não acertar os eletrões ao somar as semirreações. Antes de escrever a reação global, iguale o número de eletrões.
  • Esquecer o elétrodo inerte quando o par redox não tem metal (Fe3+/Fe2+, H+/H2, Cl2/Cl-).
  • Dar sinais trocados às polaridades. Na pilha o ânodo (esquerda) é negativo e o cátodo (direita) é positivo.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Escreva o esquema da pilha Fe/Cu e calcule a fem padrão. E°(Fe2+/Fe) = −0,44 V; E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V.

Ver solução

O ferro tem o menor potencial: é o ânodo. Esquema: Fe(s) | Fe2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s). E° = 0,34 − (−0,44) = 0,34 + 0,44 = 0,78 V.

2Exercício 2

Interprete o esquema Ni(s) | Ni2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s): escreva as semirreações e a reação global.

Ver solução

O elétrodo à esquerda é o ânodo: Ni → Ni2+ + 2e-. O da direita é o cátodo: Ag+ + e- → Ag; multiplicando por 2, 2Ag+ + 2e- → 2Ag. Reação global: Ni + 2Ag+ → Ni2+ + 2Ag.

3Exercício 3

Escreva o esquema da pilha de chumbo e prata e a fem padrão. E°(Pb2+/Pb) = −0,13 V; E°(Ag+/Ag) = +0,80 V.

Ver dica

Menor potencial vai à esquerda.

Ver solução

O chumbo é o ânodo. Esquema: Pb(s) | Pb2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s). E° = 0,80 − (−0,13) = 0,93 V. Reação global: Pb + 2Ag+ → Pb2+ + 2Ag.

4Exercício 4

Escreva o esquema de uma pilha com zinco e o elétrodo padrão de hidrogénio. E°(Zn2+/Zn) = −0,76 V; E°(H+/H2) = 0,00 V. Qual é a fem?

Ver solução

O zinco é o ânodo (menor potencial). O par H+/H2 é o cátodo e usa um elétrodo inerte de platina. Esquema: Zn(s) | Zn2+(aq) || H+(aq) | H2(g) | Pt(s). E° = 0,00 − (−0,76) = 0,76 V.

5Exercício 5

Um estudante escreveu Cu(s) | Cu2+(aq) || Zn2+(aq) | Zn(s) para a pilha de Daniell. Indique o erro, escreva o esquema correto e diga o que daria o cálculo da fem com a ordem errada.

Ver solução

O cobre (maior potencial) foi colocado no ânodo e o zinco no cátodo, o que inverte as semirreações. O esquema correto é Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s). Com a ordem errada, E = −0,76 − 0,34 = −1,10 V: o sinal negativo mostra que essa pilha não funciona assim.

Perguntas frequentes

Quando se usa este método?

Sempre que um exercício pede para representar uma pilha, ou pede para interpretar um esquema dado e dele retirar as semirreações, a reação global ou a polaridade dos elétrodos.

Existe um método mais rápido?

Sim: escreva primeiro os dois metais por ordem crescente de potencial. O menor fica à esquerda e o maior à direita; depois coloque a ponte salina no meio e os iões respetivos junto a cada metal. Só depois acerte os eletrões.

Que erros são mais comuns?

Inverter ânodo e cátodo, colocar o metal do lado errado da barra, omitir o elétrodo inerte e esquecer-se dos estados físicos. A secção «Erros frequentes» explica como evitar cada um.

É obrigatório indicar as concentrações no esquema?

Não. Em condições padrão assume-se 1 mol/L e muitos programas dispensam a indicação. Se o enunciado der concentrações diferentes, escreva-as entre parênteses depois do estado físico.

Resumo

  • Ânodo (oxidação, polo −) à esquerda; cátodo (redução, polo +) à direita.
  • A barra simples separa fases; a barra dupla representa a ponte salina.
  • O ânodo é o par com menor potencial padrão de redução.
  • Quando o par redox não tem metal sólido, usa-se elétrodo inerte (Pt).
  • Do esquema tiram-se as semirreações, a reação global, a polaridade e a fem.

Onde aprofundar

  • O manual de Química da 11.ª/12.ª classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor e a notação adotada.
  • A obra aberta OpenStax Chemistry (em inglês), secção sobre células galvânicas e notação de célula.
  • As recomendações da IUPAC sobre a notação de células eletroquímicas.

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