Relatório Firmeza 7 - Eletrólise

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Relatório de
Físico-Química
Experimental I
Prática 7
Eletrólise da Água e
Eletrodeposição do Cobre
Guilherme Arroyos
Jaqueline Maria Filippe
João Paulo de Oliveira Nora
Vinícius Augusto da Silva
07/10/2013
Profº Miguel Jafelicci Junior
Introdução
A eletrólise consiste em um processo eletroquímico de oxirredução não                 
espontâneo, no qual uma diferença de potencial elétrico aplicado promove a migração de                       
íons. Por ser um processo não espontâneo, a energia livre de Gibbs aumenta.
Uma célula eletroquímica é composta por dois eletrodos na presença de um                     
eletrólito, este último podendo ser uma solução iônica. Um tipo especial dessa célula é a                           
célula eletrolítica, na qual ocorre o processo de eletrólise. Os eletrodos presentes nessas                       
células são divididos em anodo – onde ocorre oxidação da espécie iônica presente – e                           
cátodo – onde ocorre redução de determinada espécie iônica.
Algumas reações químicas ocorrem apenas quando fornecemos energia na forma                 
de eletricidade, enquanto outras geram eletricidade quando ocorrem. A eletrólise da água                     
ocorre quando passamos uma corrente elétrica contínua por ela, desde que a tornemos                       
condutora, pois a água pura não conduz corrente elétrica. A decomposição da água                       
ocorre quando efetuamos a quebra das ligações entre átomos de hidrogênio e oxigênio.
Quando a molécula é decomposta na eletrólise, os átomos livres procuram reagir                     
novamente para formar novas moléculas. Assim, se quebrarmos as ligações químicas de                     
duas moléculas de água, poderemos formar duas novas moléculas de hidrogênio e uma                       
de oxigênio, gases que reagem entre si, para formar a água. Esta reação também será                           
feita nesta experiência.
Entre outras aplicações, a eletrólise é muito usada para revestir peças com metais                       
que se oxidam mais facilmente que o metal constituinte da peça, protegendo­o contra a                         
corrosão. O nome desse processo é eletrodeposição e pode se dar de duas maneiras                         
principais: por eletrólise de purificação e também por galvanoplastia.
A galvanoplastia reveste a peça, colocando­a como o cátodo em um circuito de                       
eletrólise. Já a eletrólise de purificação é um tratamento metalúrgico do minério. O mais                         
utilizado na indústria é a purificação do cobre, que pode ser vista com mais detalhes no                             
texto “Eletrólise com Eletrodos Ativos” .
Esse efeito é conseguido resumidamente porque o cobre metalúrgico de uma                   
placa funciona como o ânodo, liberando cátions que migram e se depositam sobre o                         
outro polo, à medida que a corrente elétrica passa. Nesse experimento iremos fazer uma                         
cobreação, em que revestiremos uma placa de cobre metálico. Esse experimento                   
também pode ser feito com outros materiais feitos de metal, como moedas.
http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.brasilescola.com%2Fquimica%2Feletrolise-com-eletrodos-ativos.htm&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNGGCtDbUw0AgW6UQ8mzm2tTBWiT9g
Objetivo
Essa prática tem como objetivo, estudar os processos de eletrodeposição e                   
eletrólise aquosa, sendo possível calcular o número de Avogadro, utilizando­se eletrodos                   
de platina, chumbo e aço inoxidável na eletrólise da água e na eletrodeposição do cobre,                           
a determinação da espessura do filme de cobre depositado em uma placa de cobre.
Parte Experimental
Materiais e Reagentes
● eletrodos de platina, aço inoxidável, chumbo e cobre
● água destilada
● soluções de Na2SO4 1M, H3C­COOH 1M, H2SO4 10% (m/m), NaOH 1,0M,                   
etanol 5% (v/v) e de sulfato de cobre
● indicador verde de bromocresol
● pares de buretas ligadas por uma torneira
● béquer
● funil de separação (frasco nivelador)
● mangueiras e rolhas
● esponja de lã de aço
● fontes de corrente
● cronômetro
● agitador magnético
Procedimento
1 ­ Eletrólise da água:
a) Eletrodos de Platina
Dois eletrodos de platina são inseridos com rolhas nas buretas interligadas, adiciona­se
a solução de sulfato de sódio 1,0M, o indicador de verde de bromocresol, e a solução de
ácido acético 1,0M, completando e nivelando ambas as buretas na marca de 25mL,
então liga­se a fonte de corrente e ajusta­se a corrente para 150mA e aciona­se o
cronômetro. A eletrólise é interrompida quando volume de gás hidrogênio chegou a
20mL, e em seguida é medido o tempo, o volume de H2 e O2 dentro das buretas, a
pressão ambiente e a temperatura da solução no frasco nivelador.
Figura 1a) Sistema de eletrólise da água montado com eletrodos de platina.
b) Eletrodos de Chumbo
Dois eletrodos de chumbo são inseridos com rolhas nas buretas interligadas, adiciona­se
a solução de H2SO4 10% (m/m), completando e nivelando ambas as buretas na marca de
25mL, então liga­se a fonte de corrente e ajusta­se a corrente para 150mA e aciona­se o
cronômetro. A eletrólise é interrompida quando volume de gás hidrogênio chegou a
20mL, e em seguida é medido o tempo, o volume de  H2 e O2 dentro das buretas, a
pressão ambiente e a temperatura da solução no frasco nivelador.
Figura 1b) Sistema de eletrólise da água montado com eletrodos de chumbo.
c) Eletrodos de Aço Inoxidável
Dois eletrodos de aço inoxidável são inseridos com rolhas nas buretas interligadas,
adiciona­se a solução NaOH 1,0M e de etanol 5% (v/v), completando e nivelando ambas
as buretas na marca de 25mL, então liga­se a fonte de corrente e ajusta­se a corrente
para 150mA e aciona­se o cronômetro. A eletrólise é interrompida quando volume de gás
hidrogênio chegou a 20mL, e em seguida é medido o tempo, o volume de  H2 e O2 dentro
das buretas, a pressão ambiente e a temperatura da solução no frasco nivelador.
Figura 1c) Sistema de eletrólise da água montado com eletrodos de aço inoxidável.
2 ­ Eletrodeposição do Cobre
A fonte de corrente é ajustada para a corrente de 188,5mA, sendo que o cátodo
inserido na solução de sulfato de cobre é uma placa fina de cobre, para medir a área de
eletrodeposição de cobre, que é lixada, seca e pesada antes do início da
eletrodeposição. Após ligar o agitador e a fonte de corrente, inicia­se a eletrodeposição,
e após seu término, o cátodo é retirado, lavado, seco e pesado novamente.
Figura 2:  Sistema de eletrodeposição do cobre.
Resultados e Discussões
Eletrodeposição do cobre:
Substância Massa Molar
(g.mol­1)
Densidade
(g.cm­3)
Carga
Elementar (C)
Número de
Avogadro
(mol­1)
Cobre 63,546 8,96 1,60 x 10­19 6,02 x 1023
Tabela 1 ­ Informações sobre o Cobre obtidas em literatura.
Tempo de
eletrodeposiç
ão (s)
Intensidade
da corrente
(mA)
Massa da
placa de
cobre (g)
(início)
Massa da
placa +
depósito (g)
(final)
Área de
depósito (cm²)
1800 150 13,3875 13,4748 20,8
Tabela 2 ­ Dados obtidos no experimento com cobre.
● Semi ­ reações envolvidas na eletrodeposição do cobre:
Cátodo: Cu2+ + 2e­ ↔ Cu0
Ânodo: 2H+ + ½ O2 + 2e­ ↔ 2H2O
● Cálculo da massa depositada sobre a placa de cobre:
●   Cálculo da espessura do filme depositado:
● Cálculo da eficiência do processo de eletrodeposição:
Como o produto da corrente pelo tempo é a carga envolvida no processo temos:
Utilizando a Lei de Faraday:
Dessa forma o rendimento é dado por:
●  Calculo do número de Avogadro:
Como a constante de Faraday é dada pela formula:
Se substituirmos da constante na Lei de Faraday, temos:
Agora isolando o número de Avogadro:
Assim podemos calcular o erro do número de Avogadro:
Assim podemos calcular o erro do numero de Avogadro encontrado:
Eletrólise da água:
Expressão a ser utilizada para o cálculo do número de Avogadro
Utiliza­se a equação de Clapeyron, pois, considera­se que o gás hidrogêniocomporta­se idealmente.
● Análise dos resultados obtidos a partir dos sistemas             
(com eletrodo de chumbo, aço­inox e platina).
Ao conectar cada um dos sistemas a um amperímetro, obteve­se a corrente                     
percorrida por cada um destes, sendo que, quanto maior a corrente que percorrida pelo                         
sistema, mais rápido ocorreu a eletrólise. Com a ocorrência da eletrólise foram                     
produzidos os gases hidrogênio e oxigênio, isso ocorreu com a diminuição do volume                       
contido na bureta e consequente com o aumento de gás contido nesta.
A temperatura do gás hidrogênio foi medida ao inserir o termômetro digital no funil                         
que foi inserido a cada um dos sistemas considerados.
1. Análise do sistema contendo os eletrodos de Chumbo
Durante a eletrólise, os íons sulfato não sofrem transformações e sua quantidade
permanece constante, levando á ocorrência da eletrólise da água. Como é comprovado a
partir das reações a seguir:
Durante a eletrólise que ocorreu durante 17 minutos e 15 segundos (1035                     
segundos), sob corrente de 150,0 mA, temperatura de 293,9 K, obteve­se:
Ânodo: 8,20 mL de gás oxigênio foi produzido.
Cátodo: 20,0 0 mL de gás hidrogênio foi produzido.
Cálculo do Número de Avogadro:
Cálculo do erro :
2. Análise do sistema contendo os eletrodos de Aço ­ inox
Durante a eletrólise que ocorreu durante 16 minutos e 43 segundos (1003                     
segundos), sob de 150,0 mA, temperatura de 293,9 K, obteve­se:
Ânodo: 13,00 mL de gás oxigênio foi produzido.
Cátodo: 20,00 mL de gás hidrogênio foi produzido.
Cálculo do Numero de Avogadro:
Cálculo do erro :
3. Análise do sistema contendo os eletrodos de platina
Durante a eletrólise que ocorreu durante 17 minutos e 8 segundos (1028                     
segundos), sob corrente de 150,0 mA, obteve­se:
Ânodo: 9,00 mL de gás oxigênio foi produzido.
Cátodo: 20,00 mL de gás hidrogênio foi produzido.
Cálculo do Numero de Avogadro:
Cálculo do erro :
Assim podemos montar essa tabela contendo todos os erros de cada sistema de
eletrolise.
Conclusão
Com o que foi observado no experimento conclui­se que os erros obtidos dos                       
eletrodos de aço inox e chumbo, 0,83 %e 3,99 %, respectivamente, já eram esperados                         
devido a oxidação dos eletrodos. Porém, o eletrodo de platina obteve um erro de 3,32 %.                             
Isso não era esperado, pois o eletrodo de platina por ser considerado teoricamente inerte                         
e deveria ter o menor de todos os erros, analisando o que pode ter acarretado o erro foi a                                   
contagem do tempo que foi de 1028 segundos. O tempo esperado deveria ser muito                         
menor, visto que com período grande é provável que houvessem muitas bolhas na                       
solução fazendo o volume observado na bureta não fosse o mesmo do real.
Com a eletrodeposição do cobre com o erro de 1,99% é notável que esse método                           
é eficiente para o calculo da constante de Avogadro . Assim, embora o eletrodo de platina                             
tenha apresentado um comportamento diferente do esperado, os objetivos foram                 
alcançados e os métodos da eletrodeposição de cobre e da eletrólise da água, de                         
acordo com a literatura, são eficientes para o cálculo do número de Avogadro.
Referências Bibliográficas
● CASTELLAN, G.W., Físico­Química, vol. 1 – LTC – 1a Ed., 1972.
● ATKINS, P.W.; De PAULA, J. Físico­Química. 9° ed. Rio de Janeiro: LTC Livros                       
Técnicos e Científicos Editora LTDA, 2012. v.01
● De SOUZA, E.; De MIRANDA­PINTO, C. O. B. Manual de Trabalhos Práticos de                       
Físico Química. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2006
● CRC – HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS – 58th Ed., (Robert C. West,                       
editor), Florida (USA), CRC Press, 1977­8.
● http://www.cdcc.sc.usp.br/quimica/experimentos/eletrol.html acessado em   
13/10/2013.
http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.cdcc.sc.usp.br%2Fquimica%2Fexperimentos%2Feletrol.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFJf2Mt8CsmUhVz5UJS54_0_LAxYQ