Relatório 4 Eletroquímica

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FISICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
ELETROQUÍMICA
Guarulhos, 17 de Maio de 2018.
Introdução
A Eletroquímica é um ramo da Química que estuda o fenômeno da transferência de elétrons para a transformação de energia química em energia elétrica e vice-versa.
Eletrólise
Uma célula eletrolítica é caracterizada por usar corrente elétrica para separar compostos químicos. Assim, a eletrólise converte energia elétrica em energia química, caracterizando uma reação não espontânea. Isso pode ser conseguido por meio da fusão de substâncias iônicas (eletrólise ígnea) ou sendo feita em meio aquoso (eletrólise aquosa). Tal processo é utilizado para a produção de alumínio metálico, a partir de seu minério (bauxita); cloro, hidrogênio, etc.
Para ocorrer eletrólise, é necessário que haja um gerador que forneça tensão para o sistema, como uma pilha ou bateria.
Essa bateria fornece elétrons ao polo negativo e “puxa” elétrons do polo positivo, fechando um circuito elétrico. Os íons presentes no processo são produzidos pela dissolução e ionização de sais. Com o sistema ativo, os cátions, positivos, recebem elétrons no polo negativo (rico em elétrons) e sofrem redução. Os ânions levam seus elétrons ao polo positivo (ânodo) e se descarregam (oxidam-se), liberando os elétrons no eletrodo. 
Portanto, os íons livres são fundamentais para o fechamento do circuito uma vez que estes levam os elétrons do terminal negativo para o positivo. Dessa forma, na ausência deles, o processo não acontece. Em contra partida, a energia elétrica proveniente do gerador é fundamental para produzir a energia química necessária para que as reações de oxidação e redução, que ocorrem nos eletrodos, aconteçam.
Figura: Esquema de uma Célula Eletrolítica
Na indústria, a eletrólise é muito usada para revestir peças com metais que se oxidam mais facilmente que o metal constituinte da peça, protegendo-o contra a corrosão. O nome desse processo é eletrodeposição e pode se dar de duas maneiras principais: por eletrólise de purificação e também por galvanoplastia.
A galvanoplastia reveste a peça, colocando-a como o cátodo em um circuito de eletrólise. Já a eletrólise de purificação é um tratamento metalúrgico do minério. 
Características Físico-químicas e de segurança dos reagentes utilizados
Permanganato de Potássio (KMnO4)
O KMnO4  sólido  é um forte agente oxidante e deve ser mantido longe de glicerina, etanol e outras substâncias orgânicas além do ácido sulfúrico, sob risco de reação explosiva.
- Estado físico: sólido 
- Cor: violeta 
- Odor: inodoro 
- pH: ~7,9
- Temperatura de fusão: > 240ºC
- Solubilidade em água: 64 g/l
- Armazenamento: Manter as embalagens bem fechadas, local limpo e seco. Temperatura ambiente.
- Equipamento de proteção individual apropriado: 
- Proteção respiratória: máscara contra pós; 
- Proteção das mãos: luvas de nitrilo;
- Proteção dos olhos: óculos de proteção.
- Medidas de higiene: Depois do término do trabalho, lavar as mãos e rosto. Retirar as roupas contaminadas.
Cloreto de Sódio (NaCl)
- Estado físico: sólido 
- Cor: branco
- Odor: inodoro 
- pH Sol. 1% : 4,5 – 7,5
- Temperatura de fusão: 801 °C
- Solubilidade em água: 1g em 3ml de água. Muito pouco solúvel em álcool.
- Armazenamento: Manter as embalagens bem fechadas, local limpo e seco. Temperatura ambiente.
- Equipamento de proteção individual apropriado: 
- Proteção das mãos: luvas;
- Proteção dos olhos: óculos de proteção.
- Medidas de higiene: Depois do término do trabalho, lavar as mãos e rosto. Retirar as roupas contaminadas.
 Sulfato Cúprico (CuSO4)
- Forma: pó
- Cor: acinzentado
- Odor: inodoro (muito higroscópico) 
- pH: 3,5 – 4,5
- Decomposição térmica: 340 – 650ºC
- Solubilidade em água: 203 g/l
- Armazenamento: Manter as embalagens bem fechadas, local limpo e seco. Temperatura ambiente.
- Equipamento de proteção individual apropriado: 
- Proteção respiratória: máscara contra pós; 
- Proteção das mãos: luvas de nitrilo;
- Proteção dos olhos: óculos de proteção.
- Medidas de higiene: Depois do término do trabalho, lavar as mãos e rosto. Retirar as roupas contaminadas.
Fluxograma
Experimento 1:Corte um pedaço de papel filtro ligeiramente menor que a lâmina de microscópio.
Desenhe levemente com o lápis uma linha no centro.
Umedeça o papel filtro com solução de NaCl e fixe o papel na lâmina.
Coloque, com uma pinça, um pequeno cristal de permanganato de potássio no centro do papel.
Conecte os jacarés a bateria e nas pontas da lâmina. Aguarde 10 min e anote as observações.
Inverta os polos da pilha e aguarde 15 min e anote as observações.
Experimento 3:
Coloque no frasco transparente a solução de CuSO4.
Prenda o prego a um dos fios que saem da bateria.
Mergulhe-o na solução.
No outro fio que sai da bateria prenda a placa.
Mergulhe-a na solução e anote as observações do prego e na cor da solução.
Observações e discussões
Experimento 1:
Durante o experimento, no lado do polo positivo a coloração ficou amarelada, (como em cromatografia por arraste) no centro do papel a cor roxa do KMnO4 com as extremidades do lado do polo positivo ficaram amareladas, ocorreu o mesmo no polo negativo porém, menos intenso.
Após inverter os polos, houve uma dispersão maior do cristal, no polo negativo ficou amarelado e ao redor do jacaré do polo negativo também teve um forte amarelamento. E ao redor do jacaré do polo positivo ficou verde.
Neste experimento foi usado grafite como condutor de elétrons inerte.
Questões
1. Estabelecendo-se que o permanganato de potássio consiste em dois íons, o íon potássio e íon permanganato, para qual polo migra o íon potássio e para qual polo migra o íon permanganato?
O íon K+ irá migrar para o polo negativo (cátodo) e o íon MnO4- irá migrar para o polo positivo (ânodo).
2. Observando a direção e o sentido do movimento anotados, qual é a carga do íon permanganato?
Monovalente, possui carga -1.
3. O que a inversão dos polos da bateria provocou?
Houve uma deposição maior e mais rápida dos íons. Imagino que antes de inverter os polos o circuito estava um pouco parado, pois tinha poucos íons de interesse em volta de cada polo, ao inverter os polos tinha vários íons de interesse envolta dos polos positivo e negativo.
Observações e discussões
Experimento 3:
Ao colocar os dois eletrodos na solução de Sulfato de Cobre, o prego começou a escurecer formando o crescimento de uma estalactite em volta do mesmo, ou seja, o cobre estava sendo depositado no prego. Assim removemos os elétrons da placa fazendo com que ela sofresse oxidação que foi observada através da coloração esverdeada.
Figura: Placa de Cobre + Prego
Depois trocamos o prego por um eletrodo de grafite. Neste caso o grafite não participa da reação, apenas serve como eletrodo inerte, após os 10 minutos a cor do grafite mudou de cinza para uma cor cobreada, aparentemente houve a deposição de íons cobre sobre o grafite.
Figura: Placa de Cobre + Eletrodo de Grafite
Questões
1. Qual eletrodo foi o cátodo, e qual foi o ânodo?
A placa foi o ânodo e a prego foi o cátodo.
2. Qual era o papel da solução aquosa de sulfato de cobre?
A solução aquosa de sulfato de cobre tem o papel de condutor da passagem elétrica, ou seja, foi usado no processo de eletrodeposição.
3. Quais foram as semirreações envolvidas e qual é a reação global?
 CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO2-4(aq)
 2 H2O(ℓ) → 2 H+(aq) + 2 OH-(aq)
Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s)
Semirreação do ânodo: 2 OH-(aq) → H2O(ℓ) + ½ O2(g)+ 2 e-         
Reação global: CuSO4(aq) + H2O(ℓ) → 2 H+(aq) + SO2-4(aq) + Cu(s) + ½ O2(g)
Referências Bibliográficas
Eletrólise. Disponível em: <http://educacao.globo.com/quimica/assunto/eletroquimica/eletrolise.html>. Acesso em: 08 de maio de 2018.
Eletroquímica. Disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/eletroquimica.htm>. Acesso em: 08 de maio de2018.
Célula Eletrolítica. Disponível em: <http://www.quimica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?foto=1068&evento=2>. Acesso em: 08 de maio de 2018.
Permanganato de Potássio. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Permanganato_de_pot%C3%A1ssio>. Acesso em: 08 de maio de 2018. 
FISPQ Permanganato de Potássio. Disponível em: <https://www.fca.unicamp.br/portal/images/Documentos/FISPQs/FISPQ%20Permanganato%20de%20Potassio.pdf>. Acesso em: 09 de maio de 2018.
FISPQ Cloreto de Sódio. Disponível em: <https://www.fca.unicamp.br/portal/images/Documentos/FISPQs/FISPQ-%20Cloreto%20de%20Sodio.pdf> Acesso em: 11 de maio de 2018.
FISPQ Sulfato de Cobre (ICO) Anidro. Disponível em: < https://www.fca.unicamp.br/portal/images/Documentos/FISPQs/FISPQ-%20Sulfato%20de%20Cobre%20Anidro.pdf> Acesso em: 11 de maio de 2018.
Eletrolise Aquosa. Disponível em: 
<https://www.estudopratico.com.br/eletrolise-ignea-aquosa-e-suas-aplicacoes/> . Acesso em: 12 de maio de 2018
Eletrolise. Disponível em:
<https://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/cobreacao.htm> . Acesso em: 12 de maio de 2018
Galvanoplastia. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=nbT7LbkBlmg> . Acesso em: 13 de maio de 2018