Eletroquímica.pdf

Prévia do material em texto

ELETROQUÍMICA
ELETROQUÍMICA
• O que é eletroquímica?
È o estudo das reações químicas que produzem corrente elétrica ou são produzidas pela 
corrente elétrica.
• Oxidação: è a perda de elétrons
• Redução: è o ganho de elétrons
• Reação de Oxirredução: è quando há transferência de elétrons
• Número de Oxidação (Nox.): è a própria carga elétrica do íon, ou seja, o número de 
elétrons que o átomo perdeu ou ganhou.
A PILHA DE DANIELL
Esta pilha baseia-se na seguinte reação: 
Zn + CuCuSO4 + ZnSO4
ou, na forma iônica
Zn + CuCu2+ + Zn2+
*
*
ELÉTRONS
DANIELL percebeu que estes elétrons poderiam ser 
transferidos do Zn para os íons Cu2+ 
por um fio condutor externo e, este movimento produziria uma 
Corrente elétrica
A PILHA DE DANIELL
A PILHA DE DANIELL: Montagem e funcionamento
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Cu2+
Cu2+
Cu2+
Cu2+
ELÉTRONS
PONTE SALINA
CÁTIONSÂNIONS
A pilha de Daniell: Montagem e funcionamento
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
ELÉTRONS
PONTE SALINA
CÁTIONSÂNIONS
À medida que a reação vai ocorrendo 
poderemos fazer as seguintes observações
O eletrodo de zinco vai se desgastando com
o passar do tempo 
O eletrodo de cobre terá sua massa aumentada 
Cu2+
Cu2+
Cu2+
Cu2+
A solução de ZnSO4 vai ficando mais concentrada
Zn2+
Zn2+Zn2+
Zn2+
A solução de CuSO4 vai ficando mais diluída 
Nas soluções teremos a passagem dos íons, em excesso, de 
um lado para o outro através da ponte salina 
Zn 2 e –+Zn2+ (semi-reação de oxidação)
CuCu2+ + 2 e – (semi-reação de redução)
Cu2+Zn + Zn2+ Cu+ (reação global)
PILHA DE DANIEL
Neste processo teremos, simultaneamente, a ocorrência das seguintes reações:
PILHA DE DANIEL
• Convencionou-se representar a pilha de Daniell (e todas as demais pilhas), 
esquematicamente, da seguinte maneira:
• Veja que devem ser indicados os metais que formam os eletrodos, as 
soluções com as respectivas concentrações e a temperatura de 
funcionamento da pilha.
a) Quem sofre oxidação? Co
Co Co2+ Au3+ Au
Au3+b) Quem sofre redução?
c) Qual o eletrodo positivo ou cátodo? Au
d) Qual o eletrodo negativo ou ânodo? Co
e) Que eletrodo será gasto? Co
f) Qual dos eletrodos terá a sua massa aumentada? Au
EXERCÍCIO
A FORÇA ELETROMOTRIZ (fem) DAS PILHAS
• Quanto maior a quantidade de água, e 
maior for a altura da queda, maior será a 
energia liberada.
• A quantidade de elétrons através do 
circuito elétrico externo depende dos 
materiais que formam a pilha.
• Quantidade de água que cai corresponde 
a quantidade de eletricidade que passa por 
um fio.
• A altura da queda-d’água corresponde a 
diferença de potencial (ddp) ou força 
eletromotriz (fem) da pilha. 
A FORÇA ELETROMOTRIZ (fem) DAS PILHAS
• A natureza dos metais formadores da pilha:
O anodo ‘empurra’ elétrons para o circuito externo. Enquanto o catodo ‘puxa’ 
elétrons do circuito externo. A fem da pilha Zn/Cu é maior que a fem da pilha Cu/Ag
• As concentrações das soluções empregadas
Zn0(s) + CuSO4 (aq) ZnSO4 (aq) + Cu
0 (s)
A concentração Padrão de qualquer meia-célula é de 1 mol/L
• A temperatura da pilha
Temperatura padrão de qualquer meia-célula é de 25°C
ELETRODO PADRÃO DE HIDROGÊNIO
• Para medir o potencial absoluto de um eletrodo metálico, foi necessário adotar um 
eletrodo padrão. O eletrodo escolhido foi denominado de eletrodo padrão de hidrogênio.
• Usa-se uma placa de platina esponjosa, que tem a propriedade de reter o gás hidrogênio, 
desse modo, forma-se uma película de H2 sobre a platina; 
A reação desse eletrodo é:
H2 (g) + 2e
- 2H+ (aq)
Potencial do eletrodo (E0 ) é igual a Zero.
Todos os metais serão confrontados com
esse eletrodo padrão.
ELETRODO PADRÃO DE HIDROGÊNIO
Para o Zinco, temos o valor no voltímetro de 0,76 V, 
que é denominado potencial de oxirredução do 
Zinco, indicado por E0
• O zinco está funcionando como polo negativo (anodo) e o hidrogênio como polo positivo 
(catodo) 
• O Hidrogênio tanto pode ceder elétrons como receber elétrons
CALCULO DA FORÇA ELETROMOTRIZ (FEM) DAS 
PILHAS
• A fem (ΔE0) de uma pilha, em condições-padrão é a diferença entre o E0 do oxidante 
(catodo) e o E0 do redutor (anodo). Matematicamente, temos: ΔE0 = E0Oxidante - E
0
Redutor
• Exemplo: Cálculo da fem da pilha de Daniell em condições-padrão
CALCULO DA FORÇA ELETROMOTRIZ (FEM) DAS 
PILHAS
• Exemplo 2 : Cálculo da fem da pilha Al0| Al3+|| Fe2+| Fe0 em condições padrão.
Reação: 2Al0 + 3Fe2+ 2Al3+ + 3Fe0
Exercício
Em uma pilha Ni0 |Ni2+ || Ag+ | Ag0 , os metais estão mergulhados em soluções aquosas 1,0 M 
de seus respectivos sulfatos, a 25°C. determine:
a) A equação global da pilha
b) O sentido do fluxo de elétrons;
C) O valor da força eletromotriz (fem) da pilha.
ESPONTANEIDADE DAS REAÇÕES DE 
OXIRREDUÇÃO
• ΔE0 Positivo: Reação espontânea;
• ΔE0 Negativo: Reação não espontânea;
• Todo elemento ou substância que está mais acima na tabela age como redutor dos que 
estão mais abaixo e portanto sofre oxidação. 
• Exemplo:
Zn0 + Fe2+ Zn2+ + Fe0
• Um metal (redutor) pode reduzir o cátion de um metal que está mais abaixo na tabela dos 
potenciais-padrões. Com os não metal (Oxidantes) ocorre o contrario – um não-metal
mais abaixo é que vai oxidar outro não-metal que está localizado mais acima na tabela.
• Todo metal acima do hidrogênio na tabela consegue desloca-lo de um ácido.
Oxidação
redutor Oxidante
Redução
EXERCÍCIO
1. È possível a reação Zn + FeCl2 ZnCl2 + Fe, em que o Zn desloca o 
Fe do FeCl2?
2. Analise a reação e diga se o Zn pode deslocar um cátion do H2SO4
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2
TIPOS DE PILHAS
• Bateria de automóvel: 
• Pilha de Leclanché:
• Pilhas Alcalinas:
• Pilha de mercúrio
• Pilha de níquel-cádimo:
• Pilha de Lítio-Iodo
• Pilha ou célula de combustível
CORROSÃO DOS METAIS
• Corrosão é a destruição ou deterioração de um material devido à reação química ou 
eletroquímica com seu meio
• Calcula-se que 20% do ferro produzido é para repor o ferro que foi enferrujado.
• Apesar da estreita relação com os metais, esse fenômeno ocorre em outros materiais,
como concreto e polímeros orgânicos, entre outros.
CORROSÃO DOS METAIS
Na formação da Ferrugem:
• Presença de ar e umidade;
• Presença de substâncias ácidas;
• Ambiente salino
Resistência a corrosão:
• Aço inoxidável;
• Platina; Titânio.
Metais diferentes em contato, forma-se uma pilha.
CORROSÃO DOS METAIS
• Apassivação do alumínio;
• Azinhavre;
• Pintura a base de Zarcão contra a corrosão;
• Galvanização
• Metal de sacrifício.
EXERCÍCIO
• Uma fita de um determinado metal (que pode ser cobre, zinco, chumbo ou alumínio) foi 
enrolada em torno de um prego de ferro, e ambos mergulhados numa solução de água 
salgada. Observou-se, após algum tempo, que o prego de ferro foi bastante corroído. 
Dados os potenciais-padrão de redução
Conclui-se que o metal da fita deve ser qual?
a) Cu ou Pb c) Al ou Cu e) Zn ou Pb
b) Al ou Pb d) Zn ou Al