Relatório de Fisqui - Eletroquímica

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DISCIPLINA: Físico-Química II 
PROFESSOR: Alexandre Grillo
AULA PRÁTICA I: 
Eletroquímica
Turma: QIM 241
Integrantes:
Juliana Castro
Julia Maini
Lucas Almeida
Marlon Oliveira
Data de realização: 15/07/2017
Data de entrega: 22/07/2017
INTRODUÇÃO
A eletroquímica é a parte da Química que estuda a transformação de energia química em energia elétrica (vice-versa) a partir do fenômeno da transferência de elétrons.
As reações que envolvem transferência de elétrons são chamadas reações de oxirredução, onde ocorre a redução e a oxidação simultaneamente. A oxidação ocorre quando o elemento perde elétrons e o seu número de oxidação aumenta. Já a redução ocorre quando o elemento ganha elétrons e seu número de oxidação diminui. 
Os processos químicos que ocorrem espontaneamente gerando corrente elétrica são chamados de pilhas e baterias. Porém as duas não são iguais, pois nas pilhas há conversão de energia química em energia elétrica e nas baterias há interconversão entre energia química e elétrica.
As pilhas galvânicas são basicamente formadas pelos seguintes componentes:
Ânodo: eletrodo em que ocorre a oxidação (corrosão) e onde a corrente elétrica na forma de íons metálicos positivos, entra no eletrólito;
Cátodo: eletrodo no qual as cargas negativas provocam a redução;
Eletrólito: condutor (usualmente um líquido) contendo íons que transportam a corrente elétrica do ânodo para o cátodo;
Circuito metálico: ligação metálica entre o ânodo e o cátodo por onde escoam os elétrons, no sentido ânodo- cátodo.
É utilizada também uma ponte salina que tem como objetivo manter constante a concentração de íons positivos e negativos, durante o funcionamento da pilha. Ela permite a passagem de cátions em excesso em direção ao cátodo e também a passagem dos ânions em constante migração estabelece o circuito interno da pilha.
O fluxo de elétrons do ânodo para o cátodo pode ser detectado por um voltímetro que fornece a diferença de potencial (ddp) entre os eletrodos. A tendência que um elemento possui para perder ou ganhar elétrons varia na série eletroquímica. Como não é possível medir valores absolutos de potenciais elétricos é necessário fazer medidas em relação a um padrão arbitrário. No caso das medidas eletroquímicas, foi escolhido o padrão denominado eletrodo-padrão de hidrogênio. O H+ é o cátion mais comum em soluções aquosas, já que se forma pela dissociação da água: H2O ↔ H+ + OH-. O potencial atribuído foi o de 0,00V.
A corrente elétrica convencional tem sentido contrário ao de elétrons. Considerando o sentido convencional, o cátodo é o eletrodo negativo (-) e o ânodo positivo (+); no sentido real os sinais são contrários, isto é, ânodo (-) e cátodo (+).
A ddp (∆E0) de uma pilha, em condições padrão (soluções 1 molar e a 25°C) é a diferença entre o E0 do agente oxidante, ou seja, quem se reduz (cátodo) e o E0 do agente redutor, ou seja, quem se oxida (ânodo).
∆E0 = E0oxidante – E0redutor
A prática tem como objetivo observar esses assuntos estudados em sala de aula e comprovar a partir do experimento, a transformação de energia química em energia elétrica.
MATERIAIS E REAGENTES
Voltímetro 
Tubo em U 
Dispositivo (chupeta) 
Dois beckers de 250 mL
Lâmina de cobre 
Lâmina de chumbo 
Solução de nitrato de chumbo Pb(NO3)2 
Solução de nitrato de cobre Cu(NO3)2
Solução de cloreto de potássio (KCl)
PROCEDIMENTOS
 Procedimento 1: Adicionou-se a um Becker de 250 mL uma solução de nitrato de chumbo Pb(NO3)2 e em outro Becker de 250 mL uma solução de nitrato de cobre Cu(NO3)2. Colocou-se uma lâmina de cobre no dispositivo (polo positivo) e o mesmo fez-se com a lâmina de chumbo, conectando-a ao dispositivo (polo negativo). 
 Procedimento 2: Colocou-se a lâmina de chumbo (eletrodo) com o dispositivo dentro do Becker contendo a solução de nitrato de chumbo (eletrólito). E a lâmina de cobre (eletrodo) com o dispositivo, colocou-se no outro Becker contendo a solução de nitrato de cobre (eletrólito). 
 Procedimento 3: Preparou-se uma ponte salina, que tem o intuito de aumentar o tempo de vida da pilha e acelerar a movimentação dos íons. Encheu-se o tudo em U com a solução de cloreto de potássio (KCl) e colocou-se algodão na ponta da vidraria para ter uma passagem lenta para o eletrólito. Com tudo montado, colocou-se a ponte salina e observou-se o funcionamento da pilha e a DDP saiu de 0,00V.
Procedimento 4: Repetiu-se o processo anterior, preparou-se outra ponte salina no tudo em U, e colocou mais algodão na ponta da vidraria para que o algodão não desmanchasse como anteriormente. E observou-se novamente o funcionamento da pilha e a DDP, que até a hora observada deu 1,73V.
CÁLCULOS
As semi-reações que ocorreram foram:
Pb(s) → Pb2+ + 2e E0 = -0,13V
2e + Cu2+ → Cu(s) E0 = +0,34V
Somando as duas temos a seguinte equação:
	Pb(s) + Cu2+(aq) → Pb2+(aq) + Cu(s) 
∆E0 = E0oxidante – E0redutor
∆E0 = 0,34 – (-0,13)
∆E0 = + 0,47V
Esses cálculos são referentes ao potencial teórico da pilha com a ponte salina. Porém, o voltímetro acusou 1,73V, sendo necessário o cálculo do erro teórico que é feito a partir da seguinte relação:
Sendo assim:
	
RESULTADOS
No experimento, foi observado que a placa de cobre metálica recebeu elétrons, sendo então o cátodo, e a placa de chumbo que cede esses elétrons, sendo o ânodo. 
Podemos explicar o fato da placa de chumbo agir como ânodo pelo fato do mesmo ser mais reativo que o cobre, ou seja, tendo maior poder redutor, sendo mais suscetível a perder elétrons. A placa de chumbo fornece elétrons para a placa de cobre, sofrendo oxidação, fazendo com que os íons de cobre sejam reduzidos na solução. A partir de uma série de experimentos envolvendo vários metais e hidrogênio foi estabelecido a fila de reatividade:
	Cada elemento químico possui um potencial de redução diferente e esses valores são tabelados. Como foi observado nos cálculos, o E0 do Pb é -0,13V e do Cu é +0,34V. Portanto, só há reação quando o Pb0 puder oxidar-se e o Cu2+ reduzir-se.
	
	A placa de chumbo ao entrar em contato com a solução de nitrato de chumbo perde 2 elétrons e começa a dissolver-se. Esses elétrons saem espontaneamente para o fio condutor e chegam até a placa de cobre. Isso foi observado no voltímetro, que acusou corrente elétrica por ter mudado de valor. Os elétrons que chegam à placa de Cu atraem íons Cu2+ da solução que, quando entram em contato com a placa, recebem esses elétrons e se convertem em Cu0 e ficam anexados à placa. 
	No ânodo ocorre a corrosão, por isso, a placa de chumbo se desgasta e a massa da placa de sobre aumenta. Os elétrons circulam do eletrodo de maior potencial de oxidação para o menor, ou seja, do chumbo (ânodo) para o cobre (cátodo).
Na ponte salina há a migração de íons cloreto para o eletrodo de chumbo por causa do surgimento de íon chumbo (Pb2+); e os íons de potássio (K1+) são transferidos para o eletrodo de cobre, que é menos reativo que o zinco, para neutralizar o excesso de cargas negativas (NO-3) que ocorre devido à diminuição de íons Cu2+ em solução. Sendo assim, os íons em constante migração estabelecem o circuito interno da pilha.
CONCLUSÃO
Apesar de não termos conseguido verificar o aumento de massa da placa de cobre e corrosão da placa de chumbo na prática, conseguimos observar a importância da ponte salina, pois sem ela não há corrente elétrica, comprovando assim os estudos teóricos. 
BIBLIOGRAFIA
FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas.	"Função da ponte salina em uma pilha"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/funcao-ponte-salina-uma-pilha.htm>. Acesso em 22 de julho de 2017.
INFO ESCOLA. Pilha de Daniell. Disponível em: http://www.infoescola.com/quimica/pilha-de-daniell-pilha-eletroquimica/. Acesso em: 22/07/2017.
FELTRE, Ricardo. Físico-Química: vol 2. Editora Moderna. Pág.: 344.
Mundo Educação - Pilha de Daniell. Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/pilha-daniell.htm. Acesso em: 22/07/2017.