Eletroquímica: estudo de pilhas e eletrólise em meio aquoso

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO NORTE
CAMPUS MACAU
UNIDADE CURRICULAR: FISICOQUÍMICA EXPERIMENTAL
PRÁTICA DE LABORATÓRIO 5 – ELETROQUÍMICA: ESTUDO DE PILHAS E ELETRÓLISE EM MEIO AQUOSO
Alunos: Camila Maciel
Guilherme Giordan
Maria Gabrielle
Prof. Angelo Araujo Soares
Macau, 2018
OBJETIVOS
Endenter o funcionamento de pilhas eletroquímicas;
Compreender os fundamentos e aplicações da Eletrólise;
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais e Reagentes
Béqueres de 100 mL;
Algodão;
Mangueira;
Fios com conectores (jacarés)
Multímetro;
Placas de cobre metálico;
Placas de zinco metálico;
Sulfato de cobre 1,0 mol/L;
Sulfato de zinco 1,0 mol/L;
Solução saturada de NaCl;
Placa de Petri;
Iodeto de Potássio;
Solução diluido de amido em água;
Fenoftaleína;
Bastão de vidro;
Barra de Grafite;
Bateria de 9 volts;
Béquer 250 mL;
Funil de vidro;
Filtro de papel;
Garra Anel para funil;
Suporte universal;
Procedimento Experimental 
1º Experimento: Pilhas Eletroquímicas
No primeiro experimento foram adicionados em dois béqueres separadamente 40 mL das solução de e .
Ao béquer contendo a solução de sufato de cobre foi colocado uma placa de cobre, e ao béquer contendo a solução de sufato de zinco um placa de zinco.
Com auxilio de um conta gotas, uma mangueira com formato de U foi completamente preenchida com a solução de NaCl, dois pedaços de algodão umidecidos com a solução de cloreto de sódio foram colocados nas extremidades da mangueira a tampando. Uma extremidade da mangueira foi colocada em um béquer e a outra em outro béquer.
O multímetro foi ajustado para leitura de tensão elétrica e então foi conectado o fio preto deste na placa de zinco e o outro fio vermelho na placa de cobre, os resultados foram observados e registrados.
O procedimento anterior se repetiu, mas com a inversão dos fios, os resultados foram observados e registrados.
Igual aos dois procedimentos anteriores foi feito um terceiro onde apenas se retirou as extremidades da mangueira, observando e registrando os valores de tensão do multímetro.
2º Experimento: Eletrólise do iodeto de potássio
Foi colocado um pouco de solução de amido em um béquer e em outro pesado 1g de Iodeto de Potássio, este foi adicionado ao primeiro e misturado com o auxilio de um bastão de vidro até a dissolução total o KI. Em seguida foi adicionado 5 gotas de fenolftaleína a solução de amido e KI.
Um esquema foi montado com dois suportes universais paralelos e duas garras presas ao suporte formando um V entre elas, abaixo das garras foi colocado uma placa de petri, em cada uma dessas garras foi preso uma barra de grafite de modo que as extremidades das barras encostassem no fundo da placa de petri, mas se mantivessem distântes uma da outra.
Na outra extremidade de cada uma das barras de grafite foi preso uma garra de jacaré, sendo que uma garra seria conectada ao polo positivo de uma bateria de 9V e a outra garra ao polo negativo da mesma bateria.
Observou se os resultados e os registraram.
3º Experimento: Demostração da Produção de ácido sulfúrico pelo método eletrolítico
A um béquer foi adicionado uma solução de Sulfato de Cobre, em seguido se introduzio ao interior do béquer uma barra de cobre, e uma barra de grafite. A barra de cobre foi conectada ao polo positivo de uma baterira de 9V com auxilio de uma garra jacaré, o mesmo se fez com a barra de grafite, mas a conectando ao polo negativo da bateria. Observou se os resultados e os registraram.
RESULTADOS
1º Experimento: Pilhas Eletroquímicas
No primeiro experimento as placas de cobre e zinco mergulhadas nas soluções dos seus respectivos sais em béqueres diferentes funcionariam como uma pilha de Daniel, e as extremidades da mangueira mergulhada nas soluções serviria de ponte salina. 
O metal Zinco tem potencial de redução () igua á -0,76 V, e o metal Cobre tem igual a +0,34 V. Logo é de se esperar que o metal de zinco funcione como anodo, e seja oxidado forneçendo eletróns para a placa de cobre que funcionará como cátodo, transferindo elétrons para os íons de presentes na solução e os reduzindo a Cobre sólido.
Dessa maneira as meias reações de oxidação e redução e a equação global são:
 
 
 
Assim o ânodo de zinco se desgastará liberando na solução de íons de , e no cátodo ocorrerá o acúmulo de cobre metálico devido a redução dos íons de cobre na solução. Neste processo a concentração de íons de aumentará e de íons reduzirá, a ponte salina permitirá então que o circuito se conecte e que os ânios de e se direcionem para um meio de maior concentração de cargas positivas, no caso o da solução de , e os cátios de e se direcionem para o meio de maior concentração de cargas negativas, no caso o da solução de . 
Experimentalmente observou-se que a ddp da pilha medida pelo multimetro foi igual a 1,05V muito perto do valor teórico. A retirada da ponte salina neste experimento levou a medida da ddp da pilha a 0 V, o que significa que devido não ocorrer passagem de corrente elétrica entre as soluções o circuito não se fechava. A inversão dos fios do multimétro levou a leitura de -1,05V próximo ao valor necessário para que ocorre-se a reação inversa de oxidação do cobre e redução do zinco.
Figura 1 - Pilha montada; solução de em azul com respectivo metal cobre, e solução de transparente, com metal zinco prateado. Multímetro conectado as placas mede a ddp da pilha em 1,05 V.
Fonte: Autor.
2º Experimento: Eletrólise do iodeto de Potássio
No segundo experimento uma solução de Iodeto de potássio foi misturada com outra de amido numa placa de petri, a solução sofreu eletrólise ao se conectarem as extremidades de duas barras de grafite, em contato com a solução, uma bateria por meio de garras jacaré.
Os íons em solução eram , da água e , da solução KI. Com uma rápida inspeção na prioridade de descarga desses íons conclui-se que a prioriadade será para os íons de e , logo as meias reações de oxidação, redução e reação global serão:
O amido e adição de fenolftaleina servirão para visualizar a ocorrência das reações. A redução de em leva a formação de e portanto aumento do pH da solução, assim o catodo será o eletrodo que ocorrer mudança da coloração da solução para roza. A oxidação de leverá a formação que se complexará com as moléculas de amido formando um complexo de cor azul intenso, logo o anodo será onde se observar esta transformação da solução. Estes resultados poderam ser averiguados na Figura 2.
Figura 2- Eletrodo de grafite da esquerda funciona como ânodo, havendo a complexação do com o amido a solução adquire cor azul intensa. O eletrodo da direita funciona como cátodo, ocorrendo o aumento do pH da solução a mesma adquire cor roza.
Fonte: Autor.
3º Experimento: Demostração da Produção de ácido sulfúrico pelo método eletrolítico
No terceiro experimento uma placa de cobre juntamente com uma barra de grafite foram mergulhadas a uma solução de sufato de cobre, elas serviriam como eletródos, ao cobre se prenderia uma garra jacaré que se conectaria ao polo positivo de uma bateria, a barra de grafite se conectaria ao polo negativo. O Assim o cobre funcionaria como anodo e o cátodo seria a barra de grafite. Entretando o experimento não ocorreu devido a problemas com a bateria, porém a seguir é mostrado uma visão teórica do que se experaria ocorrer.
Nesta eletrólise os íons presentes eram os , , uma rápida inspeção da prioridade de descargas e se averigua que os íons que se descarregariam seriam os íons de no catodo, mas no anodo quem teria prioridade seriam os átomos de Cu presentes do anodo, logo ocorreria a oxidação do anodo e a redução dos íons de na solução a Cu sólido que em parte se precipitariam. As meias reações que se observariam seriam:
soma = 0
Nesse caso, a soma é zero, porque a eletrólise não altera a solução, a corrente apenas transporta o cobre do anodo para o catódo.CONCLUSÃO
Os experimentos serviram para observar as aplicações práticas dos conceitos da eletroquímica. Em um experimento averigou-se que a diferença dos potenciais de redução para o zinco e cobre é suficiente para permitir uma reação química que gerará uma corrente elétrica que seria capaz por exemplo de permitir o funcionamento de pequenos objetos eletrônicos. No segundo experimento a passagem de uma corrente elétrica levou numa solução de KI, através de reação químicas, a formação de e gás .
O conhecimento dos conceitos da eletroquímica tem grandes importância quer seja no estudo de pilhas e bateriais lagarmente usadas em aparelhos eletrônicos e com grande potencial por exemplo no setor automotivo para fabricação de carros movidos a eletricidade, e da eletrólise quer seja para produzir de metais tais como alumínio, ou deposição de metais sobre superfície metálicas ou não metálicas valorizando estes objetos.
REFERÊNCIAS
ATKINS, Peter. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente / Peter Atkins, Loretta Jones; Tradução técnica: Ricardo Bicca de Alencastro. 5. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2012.
BESSLER, Karl E., NEDER, Amarílis de V. Finageiv. Química em tubos de ensaio: uma abordagem para principiantes. São Paulo: Editora Edgard Blucher, 2004.
BROWN, Lawrence S., HOLME, Thomas A. Química Geral: aplicada à engenharia. São Paulo: CENGAGE Learning, 2014.
FELTRE, Ricardo. Quimica: Físico-Quimica. 6. Ed. São Paulo: Moderna, 2004.