Simulador de pilhas galvânicas e eletrólise
Equações desta simulação
| E° | potencial padrão de eletrodo | medido contra o hidrogênio a 1 mol/L e 25 °C; o metal com o E° mais baixo cede elétrons e é o ânodo | |
|---|---|---|---|
| E°cell | potencial padrão da pilha | a tensão com as duas soluções a 1 mol/L; positivo significa que a pilha funciona sozinha |
Com os valores atuais:
| n | elétrons transferidos | 2 para zinco e cobre | |
|---|---|---|---|
| F | constante de Faraday | 96.485 C por mol de elétrons | |
| Q | quociente de reação | [íon no ânodo] ÷ [íon no cátodo], cada um elevado à sua parte de n; enquanto a pilha funciona Q sobe e E cai, até a pilha descarregar | |
| E | potencial da pilha agora | o que o voltímetro mostra sem corrente |
Com os valores atuais:
| ΔG | energia de Gibbs da reação da pilha | negativa numa pilha que funciona sozinha; −212 kJ/mol na pilha de Daniell |
|---|
Com os valores atuais:
| I | corrente | r = 5 Ω é a resistência interna da pilha | |
|---|---|---|---|
| mols | metal dissolvido ou depositado | lei de Faraday: cada mol de um íon 2+ precisa de dois mols de elétrons |
Com os valores atuais:
| Q | carga que passou | I × t; a fonte precisa dar pelo menos 1,23 V, mais uns 0,6 V para empurrar as reações | |
|---|---|---|---|
| V | volume de cada gás | a 25 °C e 1 atm, 24,5 L por mol: o dobro de hidrogênio em relação ao oxigênio |
Com os valores atuais:
Como usar o simulador de pilhas galvânicas e eletrólise
- Numa pilha galvânica, escolha um metal para cada lado, cada um mergulhado numa solução dos próprios íons, ligados por um fio e por uma ponte salina. O metal com o potencial padrão mais baixo é o ânodo: ele se dissolve, liberando elétrons que correm pelo fio até o outro eletrodo, onde íons metálicos os recebem e se depositam. O medidor mostra o potencial da pilha.
- Mude as concentrações para ver a equação de Nernst deslocar a tensão, e baixe a resistência de carga para puxar mais corrente. Deixe a pilha funcionar e veja o ânodo afinar, o cátodo engrossar e, com cobre, a solução azul clarear, enquanto a tensão cai devagar; os gráficos acompanham. A Calculadora da equação de Nernst calcula o potencial de uma semipilha em qualquer concentração.
- Mude para eletrólise da água e ajuste a tensão da fonte. Acima de uns 1,8 V a corrente quebra a água: o hidrogênio se acumula sobre o eletrodo negativo e o oxigênio sobre o positivo, o dobro de hidrogênio, como as leis de Faraday preveem a partir da carga que passou.
Perguntas frequentes
Como uma pilha galvânica gera eletricidade?
Dois metais seguram os seus elétrons com forças diferentes, medidas pelos potenciais padrão de eletrodo. O zinco (−0,76 V) cede elétrons com mais facilidade que o cobre (+0,34 V), então na pilha de Daniell átomos de zinco se dissolvem como Zn²⁺, os elétrons passam pelo fio e íons Cu²⁺ os recebem no eletrodo de cobre. A ponte salina deixa íons passarem entre os béqueres para manter as duas soluções neutras; sem ela, a corrente para na hora.
Como calculo o potencial da pilha?
E°pilha = E°cátodo − E°ânodo com as duas soluções a 1 mol/L: 0,34 − (−0,76) = 1,10 V para zinco e cobre. Em outras concentrações, a equação de Nernst corrige: E = E° − (RT ÷ nF) ln Q, com Q = [Zn²⁺] ÷ [Cu²⁺]. Dez vezes mais íons de zinco que de cobre baixam a tensão em cerca de 30 mV.
O que é a lei de Faraday da eletrólise?
A quantidade de substância formada ou consumida num eletrodo é proporcional à carga que passa: mols = Q ÷ (zF), com Q = I × t, z o número de elétrons por íon e F = 96.485 C/mol. Quebrar a água precisa de 2 elétrons por molécula de hidrogênio e 4 por molécula de oxigênio, e por isso se coleta exatamente o dobro de hidrogênio.
Por que a eletrólise da água precisa de mais de 1,23 V?
1,23 V é o mínimo termodinâmico, o potencial da reação ao contrário. Na prática as reações nos eletrodos precisam de um empurrão a mais, o sobrepotencial, e a solução tem resistência, então células reais trabalham entre 1,8 e 2,5 V. A água pura quase não conduz, por isso se adiciona um eletrólito como o sulfato de sódio, que leva a corrente sem ser consumido.
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