Pilha De Daniell Exercicios

O que é uma pilha de Daniell e por que aparece em exercícios

A pilha de Daniell é um tipo de célula galvânica que converte energia química em elétrica usando a reação entre zinco metálico e íons cobre(II). O zinco se oxida no ânodo, liberando elétrons que fluem pelo circuito externo até o cátodo, onde os íons Cu² são reduzidos a cobre metálico. O potencial padrão dessa pilha é cerca de 1,10 V a 25°C.

Você encontra exercícios sobre esse tema porque ele é um exemplo clássico de células eletroquímicas com dois semipares diferentes. A beleza é que ele mostra claramente como a diferença de potencial entre os eletrodos impulsiona a corrente. Uma coisa que me incomodava quando trabalhava com simulações era o fato de que, em alguns enunciados, o ânodo é dado como o eletrodo de menor potencial de redução, mas isso só vale se a pilha estiver funcionando espontaneamente no sentido convencional. Se o exercício inverter os eletrodos propositalmente pra testar o aluno, a abordagem automática falha. Meu macete foi sempre escrever as semi-reações explícitas, verificar qual tem maior E°, confirmar que a reação global está balanceada em massa e carga, e só então aplicar Nernst. Evita confusão com o sinal do logaritmo.

Como resolver exercícios passo a passo

A maioria dos problemas segue uma estrutura repetitiva. Identifique os eletrodos, escreva as semi-reações de oxidação e redução, determine o ânodo e o cátodo, calcule o potencial padrão e, se necessário, ajuste pelas concentrações.

Para o cálculo do potencial padrão, basta subtrair E°(cátodo) menos E°(ânodo). No caso da pilha de Daniell, E°(Cu²/Cu) +0,34 V e E°(Zn²/Zn) -0,76 V, resultando em aproximadamente 1,10 V. E = E° - (0,0592/n) × log(Q) Onde n é o número de elétrons transferidos e Q é o quociente reacional. Para a pilha de Daniell, Q = [Zn²]/[Cu²]. Note que o numerador é o cátion do ânodo, e o denominador é o do cátodo. Esse é um erro comum: inverter a fração e o sinal do logaritmo vira o oposto.

Se a concentração de Zn² aumentar, o potencial diminui. Se Cu² diminuir, também cai. Isso faz sentido porque você está aproximando o sistema do equilíbrio.

Exemplo resolvido

Considere uma pilha de Daniell com [Zn²] = 0,10 mol/L e [Cu²] = 1,0 mol/L a 25°C. Queremos encontrar o potencial.

O potencial padrão é 1,10 V. O número de elétrons é 2. O quociente reacional Q vale 0,10/1,0 = 0,10. Aplicando Nernst: E = 1,10 - (0,0592/2) × log(0,10) log(0,10) = -1. Então E = 1,10 - 0,0296 × (-1) = 1,10 + 0,0296 1,13 V.

O potencial aumentou porque a concentração de produto no ânodo estava menor que a padrão, o que favorece a oxidação do zinco.

Pegadinhas frequentes em exercícios

Alguns problemas tentam confundir usando concentrações iguais mas volumes diferentes, ou pedindo o potencial após passar uma certa carga. Nessas situações, você precisa calcular quanto de cada espécie reagiu usando a lei de Faraday antes de recalcular Q.

Também é comum encontrarem questões sobre o sentido do fluxo de íons no ponte salino. Íons positivos migram para o cátodo, negativos para o ânodo. Se o exercício Inverter essa informação, desconfie. Um detalhe prático é que pilhas de Daniell reais têm limitações. O crescimento dendrítico de cobre no cátodo pode perfurar o separador com o tempo, curto-circuitando a pilha. Além disso, a passivação do zinco por formação de óxidos na superfície altera o potencial observado. Em laboratório, muitas vezes se usa uma solução saturada de sulfato de zinco e sulfato de cobre com ponte de cloreto de potássio em gel de ágar para minimizar a migração indesejada de íons. Se você for montar, prepare a solução de ágar antes de aquecer — senão ela não dissolve direito e o gel fica granuloso.