Problema 5 · Química UDG Recopilatori d'exàmens resolts de Química: Equilibris i Electroquímica

5 R3 (10 punts). Pila biogalvànica per a marcapassos

Per tal d'alimentar un marcapassos s'utilitza una pila biogalvànica implantada en teixits biològics que fa servir els parells redox $\mathrm{Zn^{2+}/Zn}$ i $\mathrm{O_2/H_2O}$ sobre un elèctrode inert de $\mathrm{Pt}$, aprofitant l'oxigen dels fluids corporals. Es planteja substituir l'ànode de $\mathrm{Zn}$ per un de titani ($\mathrm{Ti}$) per millorar la generació energètica.

Dades

$\mathcal{E}^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76\text{ V}; \quad \mathcal{E}^\circ(\mathrm{O_2/H_2O}) = 1{,}23\text{ V}; \quad \mathcal{E}^\circ(\mathrm{Ti^{2+}/Ti}) = -1{,}63\text{ V}; \quad F = 96485\text{ C/mol}$

a)

Discutiu si el canvi d'elèctrode incrementarà la força electromotriu (fem) estàndard de la pila.

b)

Escriviu les semireaccions anòdica i catòdica, la reacció global ajustada i la notació esquemàtica de la pila que genera major voltatge.

c)

Estimeu el potencial de la pila en condicions fisiològiques si la pressió parcial d'oxigen als fluids és de $0{,}05\text{ atm}$ i el $\mathrm{pH}$ sanguini és de $7{,}5$ (suposant concentracions dels ions metàl·lics d'$1\text{ M}$).

d)

Calculeu la variació d'energia lliure estàndard ($\Delta G^\circ$) i la constant d'equilibri ($K$) de la reacció global. És possible deduir la velocitat de la reacció a partir d'aquests paràmetres termodinàmics?