Experimento 4 - Eletroquímica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS - ICE
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - DQ
FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
Jéssica Daiane Girão Avinte - 21600860
Louizi Gabriela Souza dos Santos – 21650631
Nicolly Oliveira Silva - 21651426
RELATÓRIO 4 - ELETROQUÍMICA: PILHA
MANAUS – AM
2021
Jéssica Daiane Girão Avinte - 21600860
Louizi Gabriela Souza dos Santos – 21650631
Nicolly Oliveira Silva - 21651426
RELATÓRIO 4 - ELETROQUÍMICA: PILHA
Trabalho acadêmico apresentado à
Universidade Federal do Amazonas para
obtenção de nota na disciplina de
Físico-química experimental ofertada no
período 2020/2-Férias do curso de
Química Bacharelado, ministrado pela
professora Karenn Silveira Fernandes, do
Departamento de Química.
MANAUS – AM
2021
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 4
2. MATERIAIS 5
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 5
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 6
5. QUESTIONÁRIO 7
6. CONCLUSÃO 9
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 10
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1. INTRODUÇÃO
Há muito tempo grandes cientistas já estudavam a eletricidade e a maneira que ela
interage com tecidos animais. Nos tempos atuais sabemos que ao relacionar energia elétrica e
transformação química pode-se chegar ao objeto de estudo da eletroquímica, que é um ramo
da ciência onde correntes elétricas e reações químicas de correlacionam. (SKOOG, 2018)
Essas transformações eletroquímicas podem ocorrer por meio de células
eletroquímicas. Uma célula eletroquímica consiste em dois eletrodos que são condutores
chamados de catodo e anodo, e estes são imergidos em uma solução eletrolítica, cada um. Na
maioria dos casos, a solução eletrolítica dos eletrodos são diferentes, também é necessário
que sejam separadas, evitando a reação direta entre os reagentes. Enquanto no catodo ocorre a
redução, no anodo ocorre a oxidação. (SKOOG, 2018)
Por se tratar de uma interconversão de energia, existem dois tipos de células
eletroquímicas: as células galvânicas e as células eletrolíticas. Estas podem ser classificadas
como reversíveis e irreversíveis. Enquanto as células galvânicas armazenam energia elétrica,
as células eletrolíticas consomem a energia elétrica. (SKOOG, 2018)
Enquanto as células galvânicas operam de forma espontânea, na célula eletrolítica há
necessidade de uma fonte externa para energia necessária para que a sua reação corra.
No trabalho presente objetiva-se explanar o funcionamento de uma célula galvânica
onde ocorre o processo espontâneo na interconversão de energia química em elétrica e essas
observações serão realizadas através da constatação experimental.
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2. MATERIAIS
➔ 2 limões;
➔ 2 moedas de 5 centavos;
➔ 2 clipes médios;
➔ 3 pedaços de cabo de eletricidade;
➔ 1 calculadora;
➔ 1 faca;
➔ 1 alicate;
➔ 1 fita adesiva.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Primeiramente, fez-se dois cortes paralelos nos limões equidistantes de
aproximadamente 2 cm de profundidade e em seguida, com auxílio de um alicate,
desencaparam as duas pontas de cada cabo de eletricidade.
Enrolou-se uma das pontas do cabo 1 em um clipe e enfiou-se ambos em um dos furos
do limão 1, afundou-se até termos certeza que a polpa do limão fora atingida. Enrolou-se
também a outra ponta do cabo 1 em uma moeda de 5 centavos e enfiou-se em um dos cortes
do outro limão ( limão 2), afundou-se até termos certeza que a polpa do limão fora atingida.
No cabo 2, enrolou-se uma das pontas na outra moeda de 5 centavos e enfiou-se todo
esse sistema no limão 1 que já estava com o clipe. Com o cabo 3, enrolou-se a ponta do clipe
que sobrara e colocou-se no outro corte do limão 2. Com uma fita adesiva, colou-se cada
ponta livre dos cabos em um dos polos no espaço onde deveria estar a pilha da calculadora.
Assim,tornou-se um sistema como a imagem abaixo, em seguida a calculadora foi ligada e as
observações foram anotadas.
Figura 1: Sistema de ligação da calculadora na pilha de limão.
Fonte: Imagens do autor
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4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Após o sistema montado e encostando as extremidades do cabo nos polos da
calculadora, o mesmo foi ligado para testar sua funcionalidade. A princípio não saiu como
esperado e o processo foi repetido. Realizando o processo novamente, a calculadora ligou,
indicando que o sistema da pilha de limão ocorreu como esperado.
Figura 2: Funcionamento da calculadora utilizando a pilha de limão.
Fonte: Imagens do autor
Isso acontece porque o limão fará o papel de uma solução que geralmente é algum
produto iônico, devido ao seu caráter iônico que possibilita que íons livres se movimentam
em seu interior. A solução condutora é constituída de íons positivos e negativos. No caso do
limão, dentre esses íons há uma grande concentração de íons H+.
Os eletrodos são dois pedaços de metais, que reagem químicamente com a solução que
quando inseridos o eletrodo de cobre no limão, não há condições para uma reação química
entre a placa de cobre e a solução. Quando insere-se o eletrodo de zinco no limão, os átomos
de zinco da superfície têm uma forte tendência de se desligarem da placa e migrarem para o
limão.
Ao fechar-se o circuito elétrico, os elétrons livres na placa de zinco (que é a carga
negativa), se dirigem pelo fio até a placa de cobre (que é o polo positivo, dado a diferença de
potencial natural entre estes metais quando em contato). De forma que os átomos de zinco
começam a migrar da placa para o suco do limão, perdendo dois elétrons cada um, que irão
fazer parte da corrente elétrica.
O resultado final é que os elétrons migram para o eletrodo de cobre e o zinco vai para
a solução como íon Zn2+ e na placa de cobre ocorre a redução do H+ presente no eletrólito.
Como a corrente gerada é pequena, alguns objetos demandam voltagens superiores ao que o
sistema de pilha de limão venha a oferecer, a intensidade desta corrente elétrica vai depender
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exclusivamente da quantidade de íons do limão e da área superficial das placas. Quanto maior
a área da placa de zinco dentro do limão, mais íons de zinco se formarão e seus elétrons
migram para o limão. Na placa de cobre, quanto maior a área de superfície, mais íons H+
poderão receber elétrons.
É importante que os elétrons cheguem aos íons H+, pois senão eles se concentram na
placa de cobre. Isto criaria uma repulsão em relação aos elétrons que estão vindo da placa de
zinco, cessando assim a corrente.
5. QUESTIONÁRIO
a) Explique o fenômeno baseado nos seus conhecimentos de eletroquímica.
Na eletroquímica, uma pilha é vista como um processo espontâneo em que a energia
química torna-se energia elétrica. As pilhas são aparelhos eletrônicos que possuem uma série
de espécies químicas em seu interior, como metais e soluções eletrolíticas que ocasionam as
reações de oxirredução, gerando uma diferença de potencial.
Os elétrons por serem a carga negativa migram do eletrodo negativo, o metal com
maior tendência de doar elétrons conhecido como ânodo, para o positivo, o metal com maior
tendência a receber elétrons conhecido como cátodo. Desta maneira há a geração de corrente
elétrica que faz o equipamento funcionar, no caso do experimento fez a calculadora ligar.
Utilizou-se o limão por possuir em seu interior soluções com ânions e cátions, ou
seja, espécies químicas com cargas negativas e positivas, respectivamente, e acabam sofrendo
migrações se conectadas, gerando assim a corrente elétrica.
b) Quem é o cátodo e o ânodo dessa pilha e onde ocorre a redução e a oxidação? Qual a
solução salina que permitiu o funcionamento da mesma?
Os clipes são de zinco e se oxidam perdendo elétrons, sendo assim o ânodo,
ocorrendo nele as semi-reações de oxidação. As moedas de 5 centavos são de cobre reduzem
H+ presente no eletrólito, chamado de cátodo, onde ocorre as reações de redução. O limão
atua como solução salina, permitindo a corrente elétrica dos metais um para o outro.
c) Em uma pilha qual o caminho dos elétrons? Do polo negativo para o positivo ou o
contrário?
Os elétrons migram do eletrodo de maior potencial de oxidação para o que possui
menor potencial de oxidação,do Zinco para o Cobre, no caso da nossa prática. Sendo assim,
migram do polo negativo para o positivo.
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d) O catodo é qual polo em uma pilha, positivo ou negativo? Explique.
O catodo é o polo positivo em uma pilha. O ânodo é o eletrodo que acumula elétrons,
por este motivo tem a polaridade negativa de uma célula eletroquímica. Ocorrendo no ânodo
as semi-reações de oxidação, ou seja, emite elétrons para o circuito externo. Essa oxidação
faz com que o anodo metálico passe para a forma iônica, dissolvendo-se. A moeda de cinco
centavos de zinco perde massa e a concentração do zinco dos clipes em solução aumenta,
constatando que o zinco metálico perde elétrons e se transforma em íons. O catodo é ao
contrário do ânodo, ocorrendo nele um ganho de elétrons, provindos do ânodo. Assim, a
polaridade do catodo é positiva e ocorre as reações de redução. A redução faz com que o
cobre da moeda, já presente em forma iônica na solução, deposite-se na placa de Zinco,
ocorrendo um aumento de sua massa e acarretando na redução de concentração de íons de
cobre em solução.
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6. CONCLUSÃO
Com base nas constatações experimentais realizadas, pode-se verificar o
funcionamento de uma célula eletrolítica e consequentemente, a interconversão de energia
química em energia elétrica.
Pode ser observado também que todas as pilhas seguem o mesmo princípio, por isso
foi possível produzir uma célula eletrolítica de forma caseira, como neste experimento com o
limão, pois o mesmo possui espécies químicas carregadas que o possibilitou gerar energia
elétrica através do sistema produzido. Com base nessa informação, poderiam ser realizados
para a mesma constatação, experimentos com outros produtos, tais como laranja, batata, entre
outros.
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH, Fundamentos de Química Analítica, Tradução da 9ª
Cengage Learning, São Paulo-SP, 2018.
ATKINS, P. W.; DE PAULA, J.; Físico-química: Volume 1 - Rio de Janeiro: LTC - 2012
SPENCER Lima, L. (2014), Revista de Ciência Elementar, 2(01):0052 Corrente elétrica 2.
Unesp,. Disponivel em <http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/ele02.htm> . Acesso
em: 29 de dez. 2021.