Reações Redox, Pilhas e Eletrólise

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por Marcel� Portell� Var�
Reações Redox
● definição: reações em que ocorre transferência de elétrons entre espécies
químicas
○ oxidação: perda de elétrons
○ redução: ganho de elétrons
● nox: refere-se a carga elétrica que um átomo tem (em um composto iônico) ou
teria (em um composto molecular) se houvesse transferência completa de
elétrons
○ regras gerais:
■ nox de O: -2 (exceção: peróxidos, na qual é -1)
■ nox de H: +1
■ nox de metais alcalinos ou alcalino-terrosos: carga
● agente oxidante: espécie que se reduz
● agente redutor: espécie que se oxida
● espontaneidade de reações redox:
○ potencial de redução (Ered): tendência que uma espécie química
oxidada tem em ganhar elétrons por meio de uma reação de redução
● unidade de medida: V
■ potencial padrão de redução (E°red): valor de Ered medido nas
condições padrões
■ ATENÇÃO: é medido por espécie e NÃO por mol de espécie
○ potencial de oxidação (Eoxi): tendência que uma espécie química
reduzida tem em perder elétrons por meio de uma reação de oxidação
● unidade de medida: V
■ potencial padrão de oxidação (E°oxi): valor de Eoxi medido nas
condições padrões
■ ATENÇÃO: é medido por espécie e NÃO por mol de espécie
■ ATENÇÃO: E°oxi de uma espécie é igual ao oposto de seu E°red
○ diferença de potenciais (ddp):
■ é calculada para prever a espontaneidade de uma reação redox
■ ddp° = E°red + E°oxi
● E°red: potencial padrão de redução da espécie reduzida
● E°oxi: potencial padrão de oxidação da espécie oxidada
■ ddp > 0 → reação redox espontânea
■ ddp < 0 → reação redox não espontânea
Pilhas
● definição: dispositivo que permite produzir corrente elétrica a partir de uma
reação de oxirredução espontânea (espécie com maior E°red se reduzindo e
com maior E°oxi se oxidando)
● pilha de Daniell:
○ reação global: Zn(s)+ Cu2+(aq) → Zn2+(aq)+ Cu(s)
○ ddp° = E°red(Cu2+) + E°oxi(Zn)
○ ponte salina: tubo em forma de U preenchido com material contendo
uma solução aquosa concentrada de um eletrólito que não reage com
nenhuma das espécies que compõem a pilha. Suas principais funções
são:
■ completa o circuito elétrico, permitindo o fluxo de íons e elétrons
pelo circuito, já que ele se fecha
■ garante a neutralidade elétrica das soluções, já que na natureza
não existem soluções positivas ou negativas
○ cátodo: eletrodo onde ocorre a redução
○ ânodo: eletrodo onde ocorre a oxidação
● diagrama de pilha:
● pilha de limão:
○ eletrodo de cobre é inerte
○ no eletrodo de zinco ocorre a semirreação de oxidação
○ no eletrodo de cobre ocorre a redução dos íons hidrônio
● corrosão:
○ definição: processo espontâneo responsável pela deterioração de um
material por ação química ou eletroquímica do ambiente aliada ou não a
esforços mecânicos
○ corrosão de metais X processos metalúrgicos:
■ corrosão de metais: oxidação
■ processos metalúrgicos: redução
○ corrosão do ferro:
■ a palavra “enferrujar” só pode ser usada para descrever a oxidação
do ferro
■ etapas:
● 1: 2Fe(s)+ O2 (g)+ 2H2O(l) → 2Fe(OH)2 (s)
● 2:
○ com baixo teor de O2:
3Fe(OH)2 (s) → Fe3O4 (s)+ 2H2O(l) + H2 (g)
○ com alto teor de O2:
2Fe(OH)2 (s)+ H2O(l) + ½O2 (g) → 2Fe(OH)3 (s)
2Fe(OH)3 (s) → Fe2O3 . H2O (s) + 2H2O(l)
■ ferrugem: mistura entre Fe3O4 (de coloração escura) e Fe2O3 . H2O
(de coloração alaranjada)
■ o processo de corrosão é uma pilha:
● semirreação anódica: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e-
● semirreação catódica: 2H2O + O2 (g) + 2e- → 2OH-
● eletrólito: gota de água
○ processos para retardar a corrosão de metais:
■ galvanização: recobrimento do metal com uma fina camada de
outro metal com um maior potencial de oxidação
● é de alto custo
■ passivação:formação de película protetora sobre o metal
● só funciona com Crômio e Alumínio
■ ânodo de sacrifício: união do metal a um ânodo de sacrifício, ou
seja, um pedaço de outro metal com um maior potencial de
oxidação
■ uso de revestimentos protetores, como tinta, que dificultam o
contato do gás oxigênio
● menor eficiência
Eletrólise:
● definição: processo não espontâneo em que uma reação de oxirredução é
promovida pela passagem de corrente elétrica
○ deve haver uma bateria conectada ao sistema
■ a ddp da bateria conectada ao sistema deve ser maior que o
módulo da ddp da eletrólise, caso contrário o processo estaria em
equilíbrio e não ocorreria
● é um processo utilizado para obter produtos que não existem na natureza
● é um processo que ocorre na recarga de aparelhos eletrônicos, por exemplo
● ATENÇÃO: o ânodo passa a ser o polo positivo e o cátodo o polo negativo
● Eletrólise ígnea:
○ é um processo em que a água é ausente, portanto os íons são
dissociados por fusão
○ eletrólise ígnea do NaCl(l):
■ semirreação catódica: Na+(l) + e- → Na(l) ---------- E°red = -2,71 V
■ semirreação anódica: 2Cl-(l) → Cl2 (g) + 2e- -------- E°oxi = -1,36 V
■ reação global: 2Na+(l) + 2Cl-(l) → 2Na(l) + Cl2 (g) ---- ddp = -4,07 V
● Eletrólise aquosa:
○ é um processo em que a água dissocia os íons, mas o inconveniente é
que a água pode sofrer tanto redução quanto oxidação
○ fila de prioridade de descarga em uma eletrólise aquosa:
■ redução: (FILA EM ORDEM DECRESCENTE)
● cátions metálicos (com exceção dos alcalinos,
alcalinoterrosos e do alumínio)
● H2O
● alcalinos, alcalinoterrosos e alumínio
■ oxidação: (FILA EM ORDEM DECRESCENTE)
● ânions não-oxigenados (exceção do fluoreto)
● H2O
● Fluoreto e todos os ânions oxigenados
○ eletrólise aquosa de NaCl(aq):
■ é a principal via de produção da soda cáustica (reagente importante
para a indústria química)
■ reações:
● dissociação iônica: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq)
● semirreação catódica: 2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)
● semirreação anódica: 2Cl-(aq) → 2e- + Cl2(g)
● reação global: 2NaCl(s)+ 2H2O(l) → H2(g)+ Cl2(g)+ NaOH(aq)
● aplicações da eletrólise:
○ galvanoplastia: mergulhar um objeto que a pessoa deseja que obtenha
um aspecto de um metal X em uma solução aquosa com íons X+. O objeto
passa a ser o cátodo e uma barra de metal X passa a ser o ânodo.
○ eletrorrefinação: refino eletrolítico do cobre para esse ser utilizado em
instalações elétricas
■ eletrólito: sulfato de cobre II
■ ânodo: placa de cobre impuro
■ cátodo: placa de cobre puro
■ durante esse processo, as impurezas vão sendo depositadas no
fundo da cuba eletrolítica e o cobre puro vai se acumulando no
cátodo
➔ aspectos quantitativos dos processos eletroquímicos:
- Constante de Faraday (F): carga molar elementar
1F = 96500 C
- Q = i.t
- a proporção entre a carga elétrica envolvida e a quantidade de matéria
produzida de certa substância obedece às relações estequiométricas das
semirreações de redução e de oxidação