Eletroquímica e Pilha de Daniell

Prévia do material em texto

UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas
Engenharia Mecânica
Química Aplicada
Eletroquímica e Pilha de Daniel ou Galvânica
Jonathan Ferreira Boga RA: C6334j3
São José do Rio Preto – 22 de maio de 2017
Introdução
Eletroquímica é a parte da química que estuda a transformação de energia química em energia elétrica e vice-versa. A transformação é através das reações químicas entre os elementos presentes na reação, onde um perde elétrons e o outro ganha. Todos os processos envolvem reações de oxirredução.
As reações que envolvem transferência de elétrons são chamadas de reações de oxirredução, pois nelas ocorrem simultaneamente a redução e a oxidação. A espécie química que perde elétrons passa por uma oxidação e fica com o Nox (número de oxidação) maior. Já a espécie química que recebe esses elétrons passa por uma redução e o seu Nox fica menor.
Oxidação: é a perda de elétrons.
Fe0 -> Fe+2 + 2 elétrons
ferro -> ferrugem
Redução: é o ganho de elétrons.
Al+3 + 3 elétrons -> Al
Os processos de oxidação e redução são simultâneos.
Número de oxidação (Nox)
É a carga elétrica que o átomo adquire ao perder ou ganhar elétrons.
Tabela de Nox fixo
Toda substância simples, metais puros e gases nobres possuem Nox = 0
Ex: H2(g), O2(g), O3(g), Fe0(s), Hg0(s), Ne0, He0, Ni0(s)...
	Família / Elemento
	Nox (carga)
	1A e Ag
	+1
	2A e Zn
	+2
	3A
	+3
	5A
	-3
	6A
	-2
	7A
	-1
	Oxigênio
	-2
	Hidrogênio
	+1
Como Calcular o Nox de um elemento?
Regras:
* Em uma substância neutra a soma de todas as cargas deve ser zero.
* Em íons (cátions e ânions) a soma das cargas deve ser igual a carga aparente do íon.
Reações de Oxirredução
São aquelas que sofrem mudanças no Nox dos elementos conforme vão ocorrendo. Podemos também dizer que a reação de oxirredução ocorre quando há transferências de elétrons.
Como vimos anteriormente:
Oxidação -> é a perda de elétrons e há aumento do Nox.
Redução -> é o ganho de elétrons e há diminuição do Nox.
Vimos também que a oxidação e a redução são processos simultâneos.
Ex:
Agente oxidante: é a espécie química que sofreu redução na reação. Ele provoca oxidação em alguém.
Agente redutor: é a espécie que sofreu oxidação, ou seja, ele provoca a redução em alguém.
Pelo exemplo acima, temos que o agente oxidante é I2+5 e o agente redutor é o C+2.
Pilha de Daniell (pilha eletroquímica)
As primeiras aplicações importantes da eletricidade provieram do aperfeiçoamento das pilhas voltaicas originais pelo cientista e professor inglês John Daniell, em 1836.
Pilhas eletroquímicas são sistemas que produzem corrente contínua e baseiam-se nas diferentes tendências para ceder e receber elétrons das espécies químicas.
A pilha de Daniell é constituída de uma placa de Zinco (Zn) em uma solução de ZnSO4 e uma placa de Cobre (Cu) em uma solução de CuSO4. As duas soluções são ligadas por uma ponte salina, ou por uma parede porosa.
Sentido dos elétrons
Os elétrons circulam do eletrodo de maior potencial de oxidação para o de menor potencial de oxidação. No caso da pilha de Daniell os elétrons vão do zinco para o cobre.
Pólos da pilha
Pólo positivo – o de menor potencial de oxidação – Cu.
Pólo negativo – o de maior potencial de oxidação – Zn.
Cátodo e Ânodo
Cátodo – placa de menor potencial de oxidação – Cu. Onde ocorre redução.
Ânodo – placa de maior potencial de oxidação – Zn. Onde ocorre oxidação.
Variação de massa nas placas
Placa de maior potencial de oxidação – diminui – Zn.
Placa de menor potencial de oxidação – aumenta – Cu.
Equação global da pilha
Zn(s) + Cu(aq)+2 → Zn(aq)+2 + Cu
A pilha de Daniell é representada pela seguinte notação:
Zn°/Zn2+//Cu2+/Cu°
Ânodo - Ponte Salina ( // ) - Cátodo
Ponte salina
A parede porosa (de porcelana, por exemplo) tem por função 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 direção ao ânodo. Atravessando a parede porosa, os íons em constante migração estabelecem o circuito interno da pilha.
Objetivo do Experimento
O objetivo da aula foi nos ensinar e é mostrar o que é eletroquímica e as reações de oxirredução que ocorre, e também nós ensinar o que é e como funciona uma pilha de Daniell. Para isso nosso primeiro objetivo foi simular uma reação de oxirredução. Depois observar o que acontecia com os elementos durante a experiência. Nosso segundo objetivo foi montar uma pilha de Daniell e ver como funcionava a troca de elétrons gerando uma corrente elétrica. 
Procedimento Experimental
De inicio foi passado os conceitos de Eletroquímica e as reações de oxirredução e o funcionamento da Pilha de Daniell, nos mostrando a importância e funcionamento da eletroquímica e suas reações. Em seguida nos foi passados as formulas finais da composição química da reação da solução do sulfato de cobre com uma lamina de zinco, e da ração do nitrato de prata e uma lamina de zinco, e da reação do ácido clorídrico com um pedaço de magnésio. Por fim para por em prática todos os ensinamentos nós iniciamos os experimentos. Para o nosso primeiro experimento colocamos 2 mL de solução de sulfato de cobre (0,5M) em um tubo de ensaio, depois nós adicionamos uma pequena lâmina de zinco à solução, observamos a reação dos elementos, durante esse período a lâmina de zinco havia se tornado resíduos de cobre. Para o nosso segundo experimento colocamos 2 mL de nitrato de prata (2%) em um tubo de ensaio, depois adicionamos uma lâmina de zinco, e observamos a reação, durante reação produziu uma camada de prata. Para o nosso terceiro experimento colocamos 2 mL de solução de ácido clorídrico (0,5M) em um tubo de ensaio, depois adicionamos um pedaço de magnésio, e observamos a reação, a reação liberou gases de hidrogênio.
Para o nosso quarto experimento colocamos no Pipete 60 ml de (Sulfato de cobre) e colocamos em um béquer de 100 mL, depois colocamos em outro Pipete 60 ml de (Sulfato de zinco) e colocamos em um béquer de 100 mL. Depois mergulhamos uma barra de Zinco no béquer com e uma barra de cobre no béquer com . Em seguida enchemos um tubo em U com KCL (Cloreto de Potássio) e tampamos as extremidades com chumaços de algodão e viramos as extremidades do tubo em U para baixo, e mergulhamos uma extremidade no béquer com e outra no béquer com . E por fim por meio de um multímetro medimos as diferença de tensão entre as duas barras (de Zinco e de Cobre). 
Memorial Descritivo do Equipamento
Equipamentos Utilizados 
3 tubos de ensaio, 2 mL de solução de sulfato de cobre (0,5M), 2 lamina de zinco, 2 mL de nitrato de prata (2%), 2 mL de ácido clorídrico, (0,5M), um pedaço de magnésio, 1 barra de zinco, 1 barra de cobre, 1 Pipete, 1 Pera, 1 Tubo em U, 2 Béqueres. 
Esboço do Equipamento
 
Memorial Descritivo de Cálculos
Reação da solução de sulfato de cobre (0,5M) com uma lâmina de zinco:
 
 
Reação do nitrato de prata (2%) com uma lâmina de zinco:
 
Reação do ácido clorídrico (0,5M) com um pedaço de magnésio:
 
Pilha de Daniell ou Galvânica:
 
Em nosso experimento E° foram 1,08V, resultado próximo ao da pilha ideal, devido não foi feito completamente e condições ideais. 
Conclusão
A aula nos permitiu um maior entendimento do que é eletroquímica e as reações de oxirredução e a pilha de Daniell, nos proporcionou a oportunidade de ver uma reação de oxirredução e observar a alteração da estrutura química dos elementos, ou seja, ver sua transformação, notamos que a reação da lâminade zinco com a solução de sulfato de cobre gerou resíduo de cobre, devido oxidação do zinco e a redução do cobre. A reação da lâmina de zinco com o nitrato de prata resultou na criação de uma camada de prata devido oxidação do zinco e a redução do nitrato de cobre. A reação do pedaço de magnésio com ácido clorídrico produziu gás hidrogênio, devido redução do magnésio e a oxidação do ácido clorídrico. 
Também nos permitiu ver como funciona uma pilha galvânica, o Zn funcionando como um eletrodo oxidando com sulfato de cobre, e o Cu funcionando como um eletrodo reduzindo com um sulfato de zinco, e por meio de uma ponte de sal ocorreu a transferência de elétrons gerando uma corrente elétrica de 1,08 V.
Bibliografia
Disponível em: http://www.infoescola.com/quimica/eletroquimica/ acessado em: 16 de maio de 2017.
Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/eletroquimica.html acessado em: 16 de maio de 2017.
Disponível em: http://www.infoescola.com/quimica/pilha-de-daniell-pilha-eletroquimica/ em: 16 de maio de 2017.