Eletroquímica: Estudo da Transferência de Elétrons

Prévia do material em texto

Eletroquímica 
FÍSICO QUÍMICA 
 
 
Profª Drª Evaneide Nascimento Lima 
A eletroquímica estuda o aproveitamento da transferência 
de elétrons entre diferentes substâncias para converter 
energia elétrica em reações químicas e vice-versa. 
 
 Pilhas: conversão espontânea de energia química em 
elétrica. 
 
 Eletrólise: conversão não espontânea de energia 
elétrica em química. 
 
Nomenclatura Eletroquímica 
a) ELETRODOS: São assim chamadas as partes metálicas que 
estão em contato com a solução dentro de uma célula 
eletroquímica. 
b) ÂNODOS: São os eletrodos no qual ocorre o processo de 
oxidação. 
c) CÁTODOS: São os eletrodos no qual ocorre o processo de 
redução. 
d) ELETRÓLITOS: São assim chamadas todas as soluções que 
CONDUZEM a corrente elétrica. 
e) ÍONS: São assim chamadas as partículas carregadas que se 
movimentam na solução. 
OBS. ânodo e cátodo podem ser redefinidos como segue: 
 
ÂNODO: Eletrodo do qual saem os elétrons para o circuito 
externo da célula. 
CÁTODO: Eletrodo no qual entram os elétrons através do 
circuito externo da célula. 
 
f) CÉLULA ELETROQUÍMICA: Todo sistema formado por um 
circuito externo que conduza a corrente elétrica e interligue 
dois eletrodos que estejam separados e mergulhados num 
eletrólito. 
Célula Eletroquímica 
Consiste de dois condutores elétricos chamados Eletrodos 
imersos em soluções apropriadas de eletrólitos. 
 
Para que surja corrente em uma célula é necessário: 
 
 Que os eletrodos estejam conectados externamente por um 
condutor metálico; 
 Que as duas soluções de eletrólitos estejam em contato para 
permitir o movimento de íon uma para outra; 
 Uma reação de transferência de elétrons possa ocorrer em 
cada um dos eletrodos. 
Tipos de Células Eletroquímicas 
Célula Galvânica – as reações ocorrem espontaneamente e a célula 
produz energia elétrica. 
 
Célula Eletrolítica – consome energia elétrica, fornecida 
exteriormente por uma fonte de alimentação, de forma a 
ocorrerem as reações pretendidas. 
 ”Resumo”: 
 
 
 
Redução: ganho de elétrons ( diminuição de Nox) 
Oxidação: perda de elétrons ( aumento de Nox) 
Redutor: fornece elétrons e se oxida (Nox aumenta) 
Oxidante: recebe elétrons e se reduz (Nox diminui) 
O redutor reduz o oxidante 
O oxidante oxida o redutor 
Ânodo e Cátodo 
EM UMA CÉLULA ELETROQUÍMICA 
 
Cátodo : é o eletrodo onde ocorre Redução 
 
Ânodo : o eletrodo onde ocorre Oxidação 
 
Anodo Cátodo 
Oxidação 
Pólo - 
Pólo + 
Redução 
Pólo + 
Pólo - 
é chamado é chamado 
se nele ocorrer se nele ocorrer 
na pilha 
na eletrólise 
na pilha 
na eletrólise 
Polaridade dos Eletrodos na Célula Eletrolítica 
Eletrodo 
São dispositivos eletroquímicos que transformam 
reações químicas em energia elétrica. 
 
Cada substância possui uma maior ou menor tendência de 
perder elétrons; tendência esta chamada de "Potencial 
de Oxidação". Deste modo, uma substância X que tenha 
um potencial de oxidação maior que uma substância Y, irá 
perder seus elétrons gradativamente para esta 
substância se estiverem as duas juntas. 
 PILHAS 
 
 
 
Observe as situações: 
 (I) (II) 
Nesse processo ocorrem duas semi-reações: 
Esquema : 
PILHA DE DANIELL 
Célula Eletroquímica Simples 
Zn(s)  Zn
2+ + 2e- Cu2+ + 2e-  Cu(s) 
Zn(s) + Cu
2+  Cu(s) + Zn
2+ 
oxidação redução 
Célula Eletroquímica 
No eletrodo de Zn ocorre a seguinte reação: 
No eletrodo de Cu ocorre a seguinte reação: 
Reação Global: 
 ”Resumo”: 
 
 
 
Atenção: 
 Oficialmente, por convenção mundial, as pilhas 
são representadas da seguinte maneira: 
PILHA COMERCIAL (DE LECLANCHÉ) 
Formada por um invólucro de Zn que funciona como o anodo 
da célula. Eletrodo central, o catodo, é formado de grafite e está 
envolvido por uma camada de MnO2, por carvão em pó e por 
uma pasta úmida contendo NH4Cl, ZnCl2 e H2O. 
PILHA COMERCIAL (DE LECLANCHÉ) 
O ânodo é feito de zinco altamente poroso, que permite uma oxidação 
mais rápida em relação ao zinco utilizado na pilha seca comum. 
São semelhantes à de Leclanché. As principais 
diferenças são: 
A mistura eletrolítica contém KOH ou NaOH, 
ao invés de NH4Cl 
Comparando-as com as pilhas secas comuns, as alcalinas são mais 
caras, mantêm a voltagem constante por mais tempo e duram cinco vezes 
mais. 
Por que será que as pilhas alcalinas duram mais que as 
comuns??? 
Nas pilhas alcalinas, o meio básico faz com que o eletrodo de zinco sofra 
um desgaste mais lento, comparado com as pilhas comuns que possuem 
um caráter ácido. 
PILHA ALCALINA 
É a reação de oxi-redução provocada pela corrente elétrica. 
 
Realizada em uma cuba eletrolítica onde a corrente elétrica 
é produzida por um gerador e os eletrodos são inertes: 
platina e grafita. 
 
 Eletrólise 
 
 
 
Ígnea: A substância pura está liquefeita (fundida) e não 
existe água no sistema. Aquecendo-se a 808ºC, ele se 
funde e, no estado líquido, os íons tem liberdade de 
movimento. Passando-se uma C.E. contínua através da 
célula, é fácil perceber o que acontece. 
 
Aquosa: A substância está em solução. A disponibilização 
dos íons deve-se à introdução de água ao sistema. 
 Eletrólise 
 
 
 
Células Eletrolíticas 
Eo = - 1,360 V Eo = - 2,710 V 
 Produção de elementos químicos de alta reatividade 
(metais alaclinos Na, K), Al, F2, Cl2… 
 
 Produção de compostos químicos de importância 
comercial como o NaOH, H2O2... 
 
 Purificação ou refino eletrolítico de vários metais, 
como o cobre, o zinco, o chumbo, etc… 
 
 Processo de eletrodeposição de metais (galvanização), 
como a niquelagem, a cromagem, a prateação, a 
douração. 
 
 Processo de anodização, que consiste em uma oxidação 
forçada da superfície de um metal, de modo a 
aumentar sua resistencia a corrosão. 
 Aplicações da Eletrólise 
Potencial de um Eletrodo 
Não existe um método para determinar o valor absoluto do potencial 
de um único eletrodo, uma vez que os dispositivos de medida de 
voltagem determinam apenas diferenças de potencial. 
 
Assim, como a medida é relativa, deve-se o potencial ser referido a 
uma base comum, sendo este o ELETRODO DE REFERÊNCIA. 
Este, foi cuidadosamente definido e aceito pela comunidade química. 
 
 O Eletrodo Padrão de Hidrogênio (EPH) constitui essa meia célula. 
 
Eletrodo Padrão de Hidrogênio (EPH) 
2H+ + 2e-  H2(g) 
 
Eo = 0,000 V 
Pt(s), H2(g) (1 atm) , H
+ (1 mol L-1) 
Eletrodos de Referência Secundários 
Preparo mais simples e de uso mais fácil 
 
Eletrodo de prata/cloreto de prata 
 
Eletrodo de Calomelano ou mercúrio/cloreto de mercúrio 
 
 
Existem vários MÉTODOS ELETROANALÍTICOS que 
podem ser usados para se fazer as medidas: 
 
- Potenciometria 
- Condutimetria 
- Voltametria 
 
 
Propriedades elétricas monitoradas: 
 
- Diferença de potencial (volts) 
- Resistência (ohms) 
- Corrente em função do potencial aplicado (amperes) 
 
 
Referências 
 
BROWN, LEMAY, BURSTEN, Química: a ciência central. São Paulo: Pearson Prentice 
Hall, 2005 
 
CASTELLAN, G. W. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e 
Científicos. Editora S.A., 2007. 
 
MOORE W. J. Físico-Química. São Paulo: Edgar Blucher,1976. 
 
Colaboração Profa. DSc Lucília Alves Linhares.