Eletroquimica - Gil

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Material sobre Eletroquímica
Prof. Gil
Química Geral – Engenharia 
CELAS ELETROQUÍMICAS
A ELETROQUÌMICA é a parte da Química que estuda a relação entre a corrente elétrica e as reações químicas de transferência de elétrons (reações de óxido-redução).
Há dois casos de particular interesse para a Eletroquímica.
O primeiro deles é o emprego controlado de reações espontâneas de óxido-redução para gerar corrente elétrica. É o que acontece nas pilhas e baterias.
Denomina-se cela (ou célula) galvânica (ou voltaica) um dispositivo no qual a ocorrência espontânea de uma reação de óxido-redução permite a geração de corrente elétrica.
Uma reação não-espontânea de óxido-redução que ocorre de modo forçado é denominado eletrólise. E o dispositivo em que esse processo ocorre é chamado de cela eletrolítica.
ESTUDO DAS CELAS GALVÂNICAS
A pilha de Daniel
 Vamos apresentar o raciocínio de Daniell, em linguagem atual. Sabemos que os íons cobre(II) reagem espontaneamente com o zinco metálico.
 Zn(s) + Cu++(aq) Cu (s) + Zn++(aq)
 Placa Solução Depósito Solução
Trata-se de uma reação de óxido-redução em que o zinco sofre oxidação e os íons cobre(II) sofrem redução.
Em uma oxido-redução, a espécie que se oxida – o zinco, no caso – transfere elétrons para a que se reduz – os íons cobre(II), no caso. E se conseguirmos fazer com que essa transferência ocorra por meio de um fio metálico? Seria estabelecida uma corrente elétrica!
Para conseguir isso, considere uma placa de zinco mergulhada numa solução aquosa contendo 1,0 mol/L de íons zinco (de um sal solúvel de zinco , como sulfato de zinco).
Esse conjunto será denominado semi-cela (ou meia-cela) e será representado por Zn++/Zno .
Considere, também, uma placa de cobre mergulhada numa solução aquosa contendo 1,0 mol/L de íons cobre (II) (por exemplo, uma solução de sulfato de cobre II). Essa semicela é representada por Cu++/ Cuo.
Ao conectar as placas metálicas de ambos os eletrodos, usando fios metálicos e uma lâmpada (de 1,5V), e colocar uma ponte salina, verificamos que a lâmpada acende!
Se a lâmpada acendeu é porque o conjunto de eletrodos, fios metálicos e ponte salina forneceu as condições para a movimentação ordenada de cargas elétricas, originando uma corrente elétrica.
O fato da lâmpada acender também revela que há uma diferença de potencial elétrico entre as placas metálicas de cobre e zinco.
Substituindo a lâmpada por um voltímetro, verifica-se que :
 - a diferença de potencial elétrico é de 1,10 V
 - o potencial de eletrodo de cobre é maior que o eletrodo de zinco
NOMENCLATURA DOS ELETRODOS EM UMA CELA GALVÂNICA
As placas metálicas existentes em uma pilha, que fazem a sua conexão com a parte do circuito elétrico externa à pilha, são denominadas eletrodos.
O ELETRODO NO QUAL OCORRE PROCESSO DE OXIDAÇÃO É DENOMINADO ÂNODO.
O ELETRODO NO QUAL OCORRE PROCESSO DE REDUÇÃO É DENOMINADO CÁTODO.
Na pilha de Daniell, o ânodo é o eletrodo de zinco e o cátodo é o eletrodo de cobre. O que ocorre em cada um desses eletrodos é denominado semi-reação.
No ânodo : Zn(s) Zn++(aq) + 2 e- oxidação
No cátodo: Cu++(aq) + 2 e- Cuo redução
Equação global Zn (s) + Cu ++(aq) Cu(s) + Zn++(aq)
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA
 Ponte salina
 Semicela Semicela
 de zinco de cobre 
Pólo - Zn(s) | Zn++(aq) || Cu++(aq) | Cu(s) Pólo + 
 OXIDAÇÃO REDUÇÃO
 (ânodo) (cátodo)
POTENCIAL- PADRÃO DE SEMICELA
 O referencial escolhido para expressar potencial elétrico, em experimentos de Eletroquímica, é o eletrodo-padrão de hidrogênio.
Quanto maior o potencial- padrão de uma semicela (Eo), maior a tendência de ela receber elétrons, ou seja maior a tendência de nela ocorrer redução. Por isso, essa grandeza também é conhecida como potencial-padrão de redução e simbolizada por Eored
PREVISÃO DA FORÇA ELETROMOTRIZ DE UMA PILHA
Quanto maior o valor dessa grandeza, maior a capacidade de a pilha gerar corrente elétrica.
▲Eo = Eo eletrodo que recebe elétrons - Eo eletrodo que perde elétrons
Por exemplo, no caso da pilha de Daniell, temos :
Eo = E o (Cu++/ Cuo ) - Eo (Zn++/ Zno) = + 0,34 V – (-0,74V) = 1,10 V
ESPONTANEIDADE DE REAÇÕES DE ÓXI-REDUÇÃO
Reação de óxido-redução espontânea : ▲Eo maior zero
 Não – espontânea : ▲Eo menor zero
PROTEÇÃO DE UMA SUPERFÍCIE METÁLICA
O ferro na presença de água isenta de ar ( ausência de gás oxigênio) ou na presença de ar seco (ausência de umidade) praticamente não enferruja (ausência de corrosão). Contudo, o que ocorre normalmente é o ferro ficar exposto à água contendo oxigênio dissolvido, e é aí que está o problema.
A ferrugem, que pode ser encarada como uma mistura de Fe(OH)2 e Fe(OH)3 , ao ser formada na superfície do ferro ou do aço, solta-se em flocos, deixando o ferro novamente exposto e sujeito à oxidação.
Um procedimento possível para proteger o ferro da corrosão é a galvanização.
GALVANIZAR o ferro ou o aço consiste em revesti-los com zinco metálico (como se fosse uma fina película de tinta) para evitar sua corrosão.
O zinco reveste a superfície do ferro como se fosse uma camada de tinta, impedindo seu contato com o ar úmido ou com a água que contém oxigênio.
CELAS ELETROLÍTICAS
ELETRÓLISE : Ocorre uma reação química provocada pela passagem da corrente elétrica.
Eletrólise Ígnea : É o nome de uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica através de um composto iônico fundido.
Eletrólise aquosa : É o nome de uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica através de uma solução aquosa de eletrólito.
NOMENCLATURA DOS ELETRODOS EM UMA CELA ELETROLÍTICA
O eletrodo no qual ocorre processo de oxidação é denominado ânodo
O eletrodo no qual ocorre processo de redução é denominado cátodo.
EXERCÍCIOS
As reações de oxidação e redução são importantes, pois são a base do funcionamento das pilhas e baterias.
 Dada a equação de óxido-redução:
 MnO4- + SnO2-2 + H2O → MnO2 + SnO3-2 + OH-
Identifique na equação da reação o composto que é oxidante e o que é redutor.
Faça o balanceamento da equação
Quem se oxida?Quem se reduz?
Escreva a equação da reação da pilha Al-Ag.
Com base na pilha de Al-Ag, determine:
as semi-reações dos eletrodos,
o cátodo e o ânodo
a reação global da pilha
a força eletromotriz da pilha
Em uma pilha com eletrodos de chumbo e alumínio, o que se pode prever;
Na pilha Na-Cu, pode-se prever que :
O processo Zn++ + Cuo → Zno + Cu++ ocorre espontaneamente? Explicar
É possível armazenar uma solução de ácido clorídrico em um tambor de ferro?
Você pode limpar um vaso de estanho com vinagre?
O que um eletrodo de sacrifício?
Qual a condição fundamental para que um metal seja eletrodo de sacrfício?
Por que as latas (são fabricadas com o estanho) velhas enferrujam tão facilmente?
Dado um sistema relativo a uma pilha de Mg e Zn:
Sabendo que os elétrons fluem do eletrodo de magnésio para o eletrodo de zinco, o que podemos afirmar?
Quais os produtos que se formam numa eletrólise de NiF2 aquoso?
Dê as semi-reações da eletrólise ígnea do CaBr2, indicando quem se forma no cátodo e quem se forma no ânodo?
A eletrólise de solução de nitrato de alumínio o que produzirá no ânodo? E o que produzirá no cátodo?