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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ Relatório de Química Experiência: Eletroquímica Kaique Vinícius da Silva 31163 Fábien Giovanni de Oliveira 31090 Murilo Antonio Buscariolo 30794 ITAJUBÁ 2014 Sumário 1.INTRODUÇÃO ...................................................................................1 2.OBJETIVOS........................................................................................3 3.MATERIAIS.........................................................................................4 4.METODOLOGIA DO EXPERIMENTO ...............................................5 5.RESULTADOS E DISCUSSÃO .........................................................7 6.CONCLUSÃO .....................................................................................8 7.BIBLIOGRAFIA ..................................................................................8 8.ANEXOS..............................................................................................9 1 - Introdução Eletroquímica é um ramo da química que estuda todos os processos químicos que envolvem reações de óxido-redução entre substâncias, logo, a transformação de energia química em energia elétrica. Quando um processo químico ocorre espontaneamente produzindo corrente elétrica ou produzindo diferença de potencial entre dois pólos, é chamado de pilha ou bateria. Analogamente, quando o processo químico ocorre de forma não espontânea, este é induzido por uma corrente elétrica de uma fonte externa, tal processo é denominado eletrólise.1,2,3 A transferência dos elétrons entre os reagentes durante uma reação química é determinada por meio do número de oxidação. Desta forma, a oxidação de um elemento resulta no aumento do número de oxidação, ou seja, quando um íon ou molécula se torna mais positivamente carregado. Por outro lado, a redução de um elemento resulta na diminuição do número de oxidação, ou seja, quando um íon ou molécula se torna mais negativamente carregado. Dessa maneira, pode-se dizer que o agente redutor é oxidado, e o agente oxidante é reduzido. 1,5,7 A principal condição em uma reação de óxido-redução é a transferência de elétrons do agente redutor para o oxidante. Assim, estabeleceram-se potenciais relativos de oxidação e redução para os elementos, tomando como padrão o eletrodo padrão de hidrogênio. Um eletrodo padrão, é aquele no qual as concentrações das substâncias em solução é igual a 1 mol/L e a temperatura é de 25°C. No caso se um gás participar do eletrodo, sua pressão deve ser igual a 1 atm. Desta forma, foi atribuído, arbitrariamente, o potencial de zero volt (V) para o eletrodo padrão de hidrogênio. H+(aq) + e- → ½ H2(g) (0 = 0,0 volt) Os eletrodos que perdem elétrons mais facilmente que o hidrogênio foram atribuídos potenciais positivos e àqueles que ganham elétrons facilmente, potenciais negativos. 1,6 É possível prever a espontaneidade de reações de óxido-redução por meio dos valores de potenciais relativos de oxidação e redução dos elementos. Quando o potencial apresentar valor positivo, a reação será espontânea, analogamente, quando o potencial apresentar valor negativo, o sistema sofrerá transformação por meio da indução de corrente elétrica por uma fonte externa e, portanto a reação ocorrerá de forma não espontânea. 1,3,6,7 Além disso, outro critério que pode ser utilizado pra prever a espontaneidade de uma reação química é por meio do cálculo da variação de energia livre de Gibbs. A energia livre de Gibbs, ou simplesmente energia livre, G, é uma função de estado termodinâmica que combina com duas funções de estado, entalpia e entropia. Para um processo ou reação ocorrendo a temperatura e pressão constante, o sinal de ∆G relaciona-se à espontaneidade do processo. Assim, quando ∆G for positivo, o processo é não espontâneo e quando ∆G for negativo, o processo é espontâneo. A energia livre de Gibbis é representada pela seguinte equação: ∆G = - nF∆E (joules) ou ∆G = - nF∆E (Kcal mol-1) 4186 onde: n = número de mols de elétrons transferidos F = constante de Faraday (96.500 coulombs) ∆E = potencial da pilha em volts 1,2,4 2 - Objetivos Observar a espontaneidade de reações de óxido-redução, montar a pilha de Daniell e reconhecer os produtos de uma eletrólise. . 3 - Materiais Fonte de energia Multímetro Cronômetro Eletrodo de cobre Eletrodo de zinco Tubo em U para ponte salina Algodão Béquer de 50 mL (2) Béquer de 250 mL(2) Prendedores de condutores metálicos(fios de cobre)(2) Palha de aço Pinça metálica Estufa 4 – Metodologia do experimento Procedimento 1: Montagem da pilha de cobre e zinco Coloca-se num béquer de 50 mL, 40 mL da solução de sulfato de cobre 1,0 mol/L. Em outro béquer coloca-se a mesma quantidade da solução de sulfato de zinco 1,0 mol/L. Enche-se o tubo em U com solução saturada de KCl e em seguida coloca-se um pedaço de algodão nas extremidades do tubo. Essa parte é necessaria para a preparação da ponte salina. Monta-se um Sistema conforme a figura a seguir: Prende-se os prendedores do voltimetro nos eletrodos de zinco e cobre (tomando o cuidado para ligar o eletrodo de zinco ao terminal negative e o eletrodo de cobre ao terminal positvo do voltímetro). Procedimento 2: Eletrodeposição de metal (Galvanoplastia) Separa-se as seguintes soluções em béqueres: 80 mL de HCl 0,5 mol/L, 200 mL de sulfato de cobre (CuSO4) a 0,6 mol/L Pesa-se a lamina de latão e anota-se o seu peso inicial Utiliza-se 200 mL de CuSO4.5 H2O a 0,6 mol/L para a eletrodeposição (cobre); Liga-se a fonte de corrente continua, ajustando, regulando a corrente para 0,5 A. Em seguida prenda a lamina de latão com a pinça de fio conector do pólo negative. Mergulhe-a no banho eletrolítico. Repita o mesmo processo para a placa de cobre utilizando dessa vez o conector do polo positive. Simultaneamente ao mergulho da placa de zinco aciona-se um cronômetro de precisão. Anota-se a voltagem obtida, após 5 minutos desliga-se a fonte e pare o cronômetro, anota-se o tempo exato em segundos. Usando-se a pinça metálica pega-se a lamina que foi reduzida, lava-se e seca-se e pesa-se a lâmina. 5 - Resultados e discussão Procedimento 1 Equações de semi-reação que ocorre com os eletrodos: Zn Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e- Cu Equação global da pilha: Zn(s) + Cu(aq)+2 → Zn(aq)+2 + Cu A diferença de pontecial experimental da pilha lida no multímetro foi de: 1,050 V De acordo com a tabela (1) Cu2+ + 2e- Cu Potencial de redução do cobre +0,34 Zn Zn2+ + 2e- Potencial de oxidação do zinco - 0,76 Usando a fórmula para o cálculo a seguir: E° = E°red(processo de redução) – E°red( processo de oxidação) É possível encontrar o potencial de redução teórico padrão da pilha. Eº = 0,34 - ( - 0,76) = 1,10 V Chegamos a um valor experimental bem próximo do valor teórico. Procedimento 2 Após pesar a lâmina de latão antes do processo obteve-se 4,8696 g. Após 320 segundos submetida ao banho eletrolítico e recebendo a corrente de 0,5 A da fonte, gerando a voltagem de 3,7 V, a massa da lâmina de latão foi alterada. Verificou-se que a lâmina de latão após a redução ficou com uma nova massa de 4,9348 g. De fato observou-se que após um corpo sofrer redução sua massa é aumentada. 6 – Conclusão Pode-se verificar a facilidade de se obter uma pilha experimentalmente com carga satisfatoriamente parecida com a teórica, com erros causados possivelmente por medidas ou influências externas. Verificou-se também o aumento da massa de um corpo através de sua redução em uma pilha eletroquímica submetida a uma corrente. 7 - Bibliografia http://www.infoescola.com/quimica/pilha-de-daniell-pilha-eletroquimica/ Acessado as 17:30 dia 24/06/2014. http://www.dqi.iq.ufrj.br/tabela_de_potenciais.pdf Acessado as 17:36dia 24/06/2014. Apostila de Disciplina QUI112. 8 – Anexos Tabela 1
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