A invenção do LED azul, que permite a geração de outras cores para compor a luz branca, permitiu a construção de lâmpadas energeticamente mais eficientes e mais duráveis do que as incandescentes e fluorescentes. Em um experimento de laboratório, pretende-se associar duas pilhas em série para acender um LED azul que requer 3,6 volts para o seu funcionamento. Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro.
| Semirreação de redução | E° (V) |
|---|---|
| Ce4+ (aq) + e− → Ce3+ (aq) | +1,61 |
| Cr2O72− (aq) + 14 H+ (aq) + 6 e− → 2 Cr3+ (aq) + 7 H2O (l) | +1,33 |
| Ni2+ (aq) + 2 e− → Ni (s) | −0,25 |
| Zn2+ (aq) + 2 e− → Zn (s) | −0,76 |
Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas condições-padrão, suficiente para acender o LED azul?
Essa questão avalia o cálculo da força eletromotriz (fem) de pilhas eletroquímicas e as condições para que duas pilhas em série forneçam tensão suficiente para acender o LED.
Para uma pilha galvânica, a ddp padrão é calculada por:
E°pilha = E°cátodo − E°ânodo (usando os potenciais de redução da tabela).
Para que duas pilhas em série somem suas tensões, é indispensável que o ânodo (polo negativo) de uma pilha esteja conectado ao cátodo (polo positivo) da outra. Se dois ânodos ou dois cátodos forem conectados entre si, os potenciais se subtraem, gerando uma tensão muito pequena.
Na associação correta (aquela que acende o LED), as duas pilhas são:
E°_1 = 1{,}61 - (-0{,}76) = 2{,}37\text{ V}
E°_2 = 1{,}33 - (-0{,}25) = 1{,}58\text{ V}
O eletrodo de Zn (ânodo da pilha 1) está conectado ao eletrodo de Grafite na solução de \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} (cátodo da pilha 2), garantindo a associação aditiva correta:
E°_{\text{total}} = 2{,}37 + 1{,}58 = 3{,}95\text{ V} \geq 3{,}6\text{ V}
✓As demais alternativas falham por dois motivos distintos: algumas conectam dois ânodos entre si (ou dois cátodos), de modo que as tensões se subtraem e o resultado líquido é inferior a 1 V; outras utilizam pares de meias-reações com potenciais individuais muito baixos (por exemplo, a pilha \text{Ce}^{4+}/\text{Cr}^{3+} com apenas 0{,}28\text{ V} e a pilha \text{Ni}/\text{Zn} com 0{,}51\text{ V}), totalizando menos de 1\text{ V} — muito abaixo dos 3{,}6\text{ V} necessários.
Todas as questões do ENEM · Simulado ENEM — questões com gabarito e explicação, grátis e sem cadastro.
