Relatório 1 Talyta

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Laboratório da Teoria 
Eletromagnética 
 
 EXPERIMENTO Nº 1 
PILHAS ELETROQUÍMICAS 
 
 
 
 
Talyta Viana Cabral - 13/0037753 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 
1.1. Justificativa do Problema 
 
Pilhas ou célula voltaicas são dispositivos que transformam energia química em energia elétrica 
por meio de um sistema apropriado e montado para aproveitar o fluxo de elétrons provenientes de 
uma reação química de oxirredução. A pilha de Daniell é um exemplo deste sistema. 
É formado por uma placa de zinco mergulhada em uma solução de sulfato de zinco, e uma placa 
de cobre imersa em uma solução de sulfato de cobre. As duas placas (eletrodos) são conectadas por 
um fio metálico, que permite a passagem de elétrons de um eletrodo ao outro. As duas soluções são 
interligadas por uma ponte salina, um tubo de vidro recurvado que contém uma solução de um sal 
(sulfato de sódio, neste caso) e possui pedaços umedecidos de algodão nas extremidades. A ponte 
salina permite que haja o fluxo de íons de uma solução à outra. 
 
 
 
Tarefas realizadas pela cientista: 
 
1. Pesquisa teórica; 
2. Montagem da pilha; 
3. Apresentação. 
As placas metálicas descritas são os eletrodos, ânodo e cátodo, locais onde ocorrerão as reações 
de oxidação e redução, respectivamente. Somando-se as reações de oxidação e de redução, 
denominadas semirreações, obtemos a reação global da pilha, que é a reação de oxirredução que dá 
origem a corrente elétrica. Adicionalmente, as soluções constituem-se meios para reagentes e produtos 
das reações. 
 
 
Imagem 1: Esquema da Pilha de Daniell. 
 
As semirreações da pilha podem ser identificadas na tabela de potenciais-padrão de redução. 
Como o cobre, vide tabela, possui maior tendência a reduzir (maior EoRed), o cobre será o elemento 
que sofrerá redução, no cátodo. No ânodo acontecerá a reação de oxidação do Zn. 
 
 
Cátodo (+): Cu2+(aq) + 2e− → Cu0(s) (eletrodo de Cu) 
 
Ânodo (-): Zn0(s)→ Zn2+(aq) + 2e− (eletrodo de Zn) 
 
 
1.1.1. Funcionamento 
 
 Ao longo da reação, os íons Cu2+ se depositam na superfície da placa de Cu (eletrodeposição) 
de acordo com a reação de redução do cobre e átomos de Zn saem da placa de Zn (corrosão) para a 
solução na forma de íons Zn2+. Desta forma, a solução de zinco se torna cada vez mais concentrada 
em íons Zn2+ e a solução de Cu se torna mais diluída de íons Cu2+(e mais concentrada de 
íons SO2−4). Assim, para manter a eletroneutralidade do sistema, íons SO2−4 e Na+ difundem-se 
pela ponte salina para as soluções com cargas opostas às suas. Adicionalmente, os elétrons saem do 
ânodo em direção ao cátodo. 
 
 
1.1.2. Reação global 
 
 Para obter a reação global, devem-se somar as semirreações. Porém, é necessário, antes, 
igualar o número de elétrons para que eles não apareçam na equação final. 
No caso em estudo, o número de elétrons já é igual, portanto, devemos apenas somá-las. 
 
Cu2+(aq)+/2e−→ Cu0(s) (semirreações) 
+ Zn0(s) → Zn2+(aq)+/2e− 
___________________________________________ 
 
Zn0(s)+Cu2+(aq)→ Cu0(s)+Zn2+(aq) (reação global) 
 
1.1.3. Cálculo da força eletromotriz 
 
 A força eletromotriz da pilha é calculada somando-se o potencial padrão de oxidação da semirreação 
de oxidação com o potencial padrão de redução da semirreação de redução. 
 
FEM = EoRed + E
O
Oxi = +0,34+(+0,76) = 1,1V 
 
1.1.4. Representação de uma pilha 
 
 De acordo com a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), a pilha deve ser 
representada da forma indicada abaixo: 
 
Zn(s)/Zn2+(aq)//Cu2+(aq)/Cu(s) 
 
Onde “//” representa a ponte salina que divide os eletrodos, “/” indica diferença de fase entre reagente e 
produto da semirreação. Na esquerda, representa-se o ânodo (oxidação) e, na direita, o cátodo (redução). 
 
1.2. Objetivos 
 
Estudar e entender a eletroquímica como resultado da tendência das substâncias em receber ou 
doar elétrons, formando íons e culminando na criação de corrente e outros fenômenos elétricos. 
 
 
 
 
2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
 
 
2.1. Materiais 
 
• 2 placas de cobre; 
• 2 placas de Alumínio; 
• 300 ml de Água sanitaria; 
• 600 ml de Água; 
• 350g de sal refinado; 
• Fogão elétrico (1 boca); 
• 2 recipientes de vidro; 
• Fita adesiva; 
• Fios; 
• 1 protoboard; 
• 5 Led’s; 
• 1 motorzinho; 
• 1 multímetro. 
 
2.2. Procedimento 
 
Para a realização do experimento, primeiramente foram organizados na bancada os recipientes de 
vidro que serviram de base para a pilha, logo após foi feita a mistura de 300ml de água e 150ml da 
água sanitaria, que foram aquecidas ate aproxidamente 70 ºC utilizando o forno elétrico. O 
procedimento foi repetido duas vezes, pois foram montadas 2 células. 
Enquanto a mistura estava sendo aquecida, foi feita a montagem utilizando as placas de alumínio e 
cobre que foram posicionadas dentro dos recipientes de vidro, uma de cada lado, presas com fita 
adesiva para que não se encostassem. 
Os fios foram posicionados em série ligando as duas células e fios para conectar na placa.Na 
protoboard, foi montado um circuito simples com os Led’s e o motorzinho ligados a pilha. 
 Após o esquema já montado, foi adicionada a mistura já aquecida dentro dos recipientes 
enquanto ia se adicionando sal aos poucos e observando com o multímetro a respectiva tensão e 
corrente, além do funcionamento dos Led’s e do motorzinho. 
 
3 RESULTADOS 
 
 
Após o procedimento realizado, foi possível observar a montagem da pilha juntamente com os 
Led’s e motorzinho funcionando perfeitamente, como na imagem a seguir: 
 
 
Imagem 2: Pilha montada pelo grupo. 
 
O circuito alimentado pela pilha produzida, funcionou, sem falhas, em torno de quinze minutos. 
 
Os resultados encontrados de tensão e corrente, utilizando o multímetro, foram: 
 
Tensão (V) Corrente (A) 
1.6 1.1 
 
 
 
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 
 
 
 
 
No experimento realizado da pilha de Daniell, foi possível observar a transferência de elétrons 
do eletrodo de alumínio, que é o ânodo (terminal negativo), para o eletrodo de cobre, que é o cátodo 
(terminal positivo), pois é possível ver claramente a placa de alumínio oxidando-se, através do fio, 
para a placa de cobre. Por conta desse fator é que foi possível verificar a tensão e corrente através 
do fio. 
Com o experimento também foi possível verificar os fatores que influenciam na tensão e 
corrente da pilha montada. Ligar as células em série é a maneira ideal para se obter a tensão desejada 
já que a tensão resultante é a soma das tensões parciais. Para o aumento da corrente, foi observado 
que a temperatura da água, a água sanitária, a quantidade de sal que foi adicionado e a espessura da 
placa de cobre influenciaram diretamente nesse fator, já que a ponte salina aumenta a migração de 
íons entre a solução de eletrodos e o aumento da área de contato dos eletrodos fazem com que a 
reação ocorra com mais rapidez e eficácia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
 
 
Por meio do experimento de Daniell, foi possível compreender melhor o funcionamento das 
pilhas eletroquímicas e do mecanismo que gera eletricidade através da tranformação da energia 
química. 
 Foi possível observar e compreender como funciona a migração de íons entre catodos e 
anodos, além do fatores que auxiliam nessa migração, sendo o principal deles a ponte salina. 
 Entender todo esse processo é essencial, pois esse dispositivo representou um grande avanço 
no desenvolvimento da eletroquímica, levando às pilhas modernas que possuem uma enorme 
aplicação nos dias de hoje.6 REFERÊNCIAS 
 
 
 
 
[1] LUZ. L.M. , Pilha de Daniell (pilha eletroquímica), Infoescola, disponível em: 
<http://educacao.globo.com/quimica/assunto/eletroquimica/pilhas.html> Acesso em: 28/03/2018. 
 
[2] Função da ponte salina emu ma pila, Brasil Escola, disponível em: 
<https://brasilescola.uol.com.br/quimica/funcao-ponte-salina-uma-pilha.htm> Acesso em: 28/03/2018. 
 
[3] Circuito em Série, Museus das comunicações, disponível em 
<http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/MoreInfo/2_3_2a_SerialCircuit.
html> Acesso em: 280/03/2018. 
 
 
 
7 SEÇÃO DE PERGUNTAS E RESPOSTAS 
 
 
 
1) Qual o motivo da alteração da cor do cobre? 
RESPOSTA: Devido à redução do cobre durante o processo de reação, sua coloração se torna 
esverdeada. 
 
2) Dê um exemplo de um substituto para o alumínio? Aumentaria a eficiência da pilha? 
RESPOSTA: O alumínio poderia ser trocado pelo zinco, mas não ocorreria uma melhora na pilha, 
pois ela apresentaria uma tensão menor, devido ao fato de: ∆E° Zinco= -0,77 e ∆E° Cobre 
= 0,34, logo ∆E° = 1,11V. 
3) Ao adicionar uma grande quantidade de sal à solução da pilha, o que aconteceria? 
RESPOSTA: Ocorreria uma supersaturação na solução, o que dificultaria a passagem de corrente. 
 
4) O cobre possui maior potencial de redução na célula eletrolítica? 
RESPOSTA: Sim, pois ∆E° Cobre = 0,34 e ∆E° Zinco= -0,77 
 
5) O que é um divisor de tensão e como o circuito deve estar configurado para que ocorra a 
presença de um? 
RESPOSTA: Para que ocorra um divisor de tensão é necessário que o circuito esteja configurado 
em série. Como todos os componentes apresentam a mesma corrente com o circuito em 
séria, a tensão gerada pela fonte é dividida entre os componentes presentes na malha. 
Sendo assim, ao somar a tensão de todos os componentes do circuito, se obtém a tensão da 
fonte. 
 
6) Relacione o processo de galvanização com as reações da pilha apresentada. 
RESPOSTA: Galvanizão é o processo de revestimento de um metal por outro metal, com o intuito 
de proteger o metal que está sendo revestido. Esse processo ocorre por meio de eletrólise, 
onde o metal revestido funciona como cátodo e o metal que irá ser revestir funciona como 
ânodo. É necessário que a solução eletrolítica tenha sal composto por cátions do metal que 
revestirá a peça. 
7) Qual a equação de redução da pilha? 
RESPOSTA: ∆E°= ∆E° Cobre - ∆E° Alumínio = 0,34-(-1,68) = 2,02 
 
8) A equação seguinte indica as reações que ocorrem em uma pilha: 
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) 
Podemos afirmar que: 
a) O zinco metálico é o cátodo. 
b) O íon cobre sofre oxidação. 
c) O zinco metálico sofre aumento de massa. 
d) O cobre é o agente redutor. 
e) Os elétrons passam dos átomos de zinco metálico aos íons de cobre. 
9) Os principais fenômenos estudados pela eletroquímica são a produção de corrente elétrica, 
através de uma reação química (pilha), e a ocorrência de uma reação química, pela passagem 
de corrente elétrica (eletrólise). Com relação a esses fenômenos, analise as proposições abaixo. 
I - As pilhas comuns são dispositivos que aproveitam a transferência de elétrons em uma reação de 
oxirredução, produzindo uma corrente elétrica, através de um condutor. 
II - Em uma pilha a energia elétrica é convertida em energia química. 
III - O fenômeno da eletrólise é basicamente contrário ao da pilha, pois enquanto na pilha o processo 
químico é espontâneo (ΔEº > 0), o da eletrólise é não-espontâneo (ΔEº < 0). 
 Assinale a alternativa correta. 
a) Somente a proposição II é verdadeira. 
b) Somente as proposições I e II são verdadeiras. 
c) Somente as proposições I e III são verdadeiras. 
d) Somente a proposição I é verdadeira. 
e) Todas as proposições são verdadeiras. 
 
10) Em uma pilha com eletrodos de zinco e de cobre, com circuito fechado, ocorre: 
a) o potencial do eletrodo de zinco diminui e o do cobre aumenta; 
b) o potencial dos dois eletrodos diminui; 
c) o potencial do eletrodo de zinco aumenta e o do cobre diminui; 
d) o potencial dos dois eletrodos aumenta; 
e) o potencial dos dois eletrodos não se altera. 
 
11) Considere a seguinte sequencia: Uma pessoa, por descuido, mastigou com um dente que tinha 
obturação com amálgama, um pedaço de papel alumínio que recobria um bombom de 
chocolate e sentiu sensação de "choque elétrico". Essa sensação pode ter acontecido devido à 
ocorrência de uma reação de 
 
a) pilha eletroquímica, na qual a amálgama sofre oxidação. 
b) pilha eletroquímica, na qual o alumínio sofre oxidação. 
c) pilha eletroquímica, na qual a água da saliva sofre oxidação. 
d) eletrólise, na qual o alumínio é o cátodo. 
e) eletrólise, na qual a água da saliva é o ânodo. 
 
12) Cite 4 fatores que alteram a corrente da pilha. 
RESPOSTA: Concentração da solução, temperatura da solução, área de contato dos eletrodos, 
material dos eletrodos. 
 
13) Sobre a pilha esquematizada abaixo, assinale o que for correto. 
 
 
(01) Seu funcionamento diminui a concentração de íons B3+. 
(02) O eletrodo B sofre oxidação. 
(04) O eletrodo A é denominado cátodo. 
(08) A equação global é dada por 2 B(s) + 3 A2+(aq) →2 B3+(aq) + 3 A(s). 
(16) O eletrodo B sofre corrosão. 
Some os números dos itens corretos. 
 
RESPOSTA: 30 (02 + 04 + 08 + 16) 
Pelo esquema de funcionamento da pilha temos: 
Semi-reação do ânodo – oxidação – polo -: 2 B → 2 B3+ + 6eSemi-reação do cátodo – oxidação – 
polo +: 3 A2+ + 6e- → 3A 
Reação global: 2 B + 3 A2+ → 2 B3+ + 3 A 
(01) Seu funcionamento diminui a concentração de íons B3+ 
Falso. Durante o funcionamento da pilha aumenta a [B3+] 
(02) O eletrodo B sofre oxidação. 
Verdadeiro. 
(04) O eletrodo A é denominado cátodo. 
Verdadeiro. 
(08) A equação global é dada por 2 B(s) + 3 A2+(aq) →2 B 
3+(aq) + 3 A(s). 
Verdadeiro 
(16) O eletrodo B sofre corrosão. 
Verdadeiro 
 
14) Pode-se afirmar que uma pilha é: 
a) um conversor de corrente elétrica em energia química. 
b) uma célula galvânica na qual ocorrem reações químicas que produzem correntes elétricas. 
c) uma célula galvânica na qual a energia elétrica provoca reações químicas. 
d) um gerador de corrente elétrica que funciona somente em meio ácido. 
e) um gerador de corrente elétrica que funciona somente em meio alcalino. 
 
15) De acordo com o potencial de redução do potássio (-2,924V) e com o potencial de redução do 
cromo (-0,74V) escreva a reação global e o potencial total que uma pilha composta por esses 
dois elementos pode produzir. 
RESPOSTA: 
Reação global: 
Cr + 3K+  Cr3+ + 3K 
Potencial de redução total: 
Et = E (maior) – E (menor) 
Et= -0,74V -(-2,924V) = - 0,74V + 2,924V= + 2,184V 
 
16) De acordo com as semirreações e os potenciais de reduções a seguir, indique qual é o ânodo, 
qual é o cátodo e a variação de potencial: 
Li  Li+ + 1e- (E0= -3,045V) 
Al  Al3+ + 3e- (E0= -1,66V) 
RESPOSTA: 
O ânodo é o lítio, o cátodo é o alumínio e o potencial de redução total é: -1,66 + 
3,045 = 1,385V 
 
17) A partir da representação abaixo da pilha, indique quais são os reagentes e os produtos da 
reação global: 
Sr / Sr2+ // Zn2+ / Zn 
RESPOSTA: 
O Sr reage com Zn2+ para formar o Sr2+ e o Zn. 
 
18) Dado os potenciais de oxidações do enxofre (+0,48V) e o Fe (+0,44) calcule a variação desses 
potenciais: 
RESPOSTA: 
Eoxi total= Eoxi> - Eoxi<  Eoxi total= 0,48 – 0,44= 0,04V 
 
19) Dada a reação global, qual é o polo positivo, o polo negativo, qual oxida, qual reduz, a massa 
de qual barra diminuirá 
Co + 2 Hg2+  Co2+ + 2 Hg 
RESPOSTA: 
O eletrodo de mercúrio é o polo positivo ondeocorre a redução, o eletrodo de cobalto é o polo 
negativo onde ocorre a oxidação e, portanto o cobalto terá sua massa diminuída, já que pela 
oxidação ele perde elétrons, que serão depositados no mercúrio. 
 
20) A seguir temos duas semirreações, com seus devidos potenciais de redução. Escreva a equação 
global, qual íon metálico será possível obter e explique: 
Ca  Ca2+ + 2 e- ( E0= -2,87V) 
Hg  Hg2+ + 2 e- (E0= +0,85V) 
RESPOSTA: 
Hg(s) + Ca
2+
(aq)  Hg2+(aq) + Ca 
Como o potencial de redução do mercúrio é maior que o do cálcio é possível obter o cálcio metálico, 
dessa forma a reação é espontânea.