relatório eletroquímica

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Eletroquímica
ANDRÉ FILHO INACIO TERRA – N4009F9 1
1 Universidade Paulista de Brasília
Resumo
O primeiro processo é o que ocorre nas pilhas e baterias. As pilhas são dispositivos formados por dois eletrodos (um polo positivo, que é o cátodo, e um polo negativo, que é o ânodo), além de um eletrólito (solução condutora). Os elétrons são transferidos por um condutor externo do ânodo até o cátodo, formando uma corrente elétrica que é usada para ligar algum aparelho. As baterias são formadas por várias pilhas ligadas em série ou em paralelo. Esse é um processo espontâneo e a energia é fornecida até que a reação química se esgote (caso das pilhas e baterias primárias, tais como a pilha seca de Leclanché e a pilha alcalina), ou então, no caso de reações reversíveis, pode-se aplicar uma diferença de potencial e inverter a reação, formando os reagentes de novo e recarregando a pilha que fica pronta para ser usada novamente (é o caso de pilhas e baterias secundárias, tais como a de chumbo, usada nos automóveis, e as de íon lítio, usadas nos aparelhos celulares).
Já o processo inverso não é espontâneo e é denominado de eletrólise. A eletrólise consiste na passagem de corrente elétrica vinda de algum gerador, como uma pilha ou bateria, por um líquido iônico. Se o líquido for alguma substância fundida, temos uma eletrólise ígnea, mas se for uma solução aquosa, temos uma eletrólise em meio aquoso.
Esse estudo é importante para melhoria e irmos ao rumo da perfeição das pilhas e baterias no sentido de fazer com que haja o mais próximo de zero com relação a corrosão.
Palavras-chave: Pilhas, baterias, processo espontâneo e forçado.
1. INTRODUÇÃO
A Eletroquímica é um ramo da Físico-Química que estuda as reações em que há transferência de elétrons (reações de oxirredução) e a sua conversão em energia elétrica, bem como o processo contrário, isto é, a conversão de energia elétrica em energia química.
A Eletroquímica é o campo de pesquisas que estuda as relações existentes entre reações de oxidorredução e corrente elétrica. Essa área divide-se basicamente em dois ramos opostos:
· Pilhas e baterias: essa área estuda a transformação de energia química em energia elétrica. Nesses dispositivos, reações de oxirredução, em que há transferências de elétrons, produzem correntes elétricas que são utilizadas para fazer determinados equipamentos funcionarem. Esse é um processo espontâneo.
· Eletrólise: estuda como a energia elétrica é transformada em energia química. A passagem de corrente elétrica vinda de algum gerador (como uma pilha ou bateria), por um sistema líquido, produz reações de oxirredução. Visto que a corrente elétrica precisa ser fornecida, esse processo não é espontâneo.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Pilha
Para explicar o funcionamento de uma pilha, vamos utilizar uma das primeiras pilhas construídas, a pilha de Daniell:
Na pilha de Daniell, temos:
· Um ânodo de zinco (formado por uma placa) imerso em uma solução formada por água e sulfato de zinco (ZnSO4). A placa de zinco, ao sofrer oxidação, libera elétrons, formando o cátion Zn+2, que permanece na solução. Com isso, a placa tem seu tamanho diminuído e a solução fica com excesso de cátions;
· Um cátodo de cobre (formado por uma placa) imerso em uma solução formada por água e sulfato de cobre (CuSO4). Na solução, existem cátions cobre (Cu+2), os quais, ao receber os elétrons vindos do ânodo, transformam-se em cobre sólido (Cu) e aderem-se à placa. Com isso, a placa tem seu tamanho aumentado e a solução fica com deficiência de cátions;
· Uma ponte salina, formada por uma solução de água e cloreto de potássio (KCl), que possui cátions potássio (K+) e ânions cloreto (Cl-). Durante o funcionamento da pilha, cátions da ponte salina deslocam-se para a solução do cátodo, e os ânions da ponte salina deslocam-se para a solução do ânodo;
· Um fio condutor conecta o ânodo ao cátodo.
 
Componentes de uma pilha qualquer
 
· Ânodo: é o polo da pilha que sofre o processo de oxidação, ou seja, aquele que perde os elétrons;
· Cátodo: é o polo da pilha que sofre o processo de redução, ou seja, aquele que recebe os elétrons. Geralmente, apresenta uma mistura pastosa com íons capazes de sofrer redução;
· Condutor de elétrons: é o material por onde os elétrons percorrem o caminho do ânodo até o cátodo.
Calculo do potencial de uma PILHA
Tipo de pilhas e suas variações de voltagem
Pilha comum (pilha de Leclanché)
Foi a primeira pilha desenvolvida sem a presença de soluções. Trata-se de uma pilha capaz de produzir uma voltagem (diferença de potencial) em torno de 1,5 V e apresenta os seguintes componentes:
· Ânodo: formado por uma placa de zinco metálico;
· Cátodo: formado por uma pasta com dióxido de manganês (MnO2), cloreto de amônio (NH4Cl), água e amido.
Trata-se de uma pilha muito utilizada em brinquedos e dispositivos eletrônicos gerais (controle remoto, lanternas etc.).
Pilha alcalina
Trata-se de uma pilha que apresenta o mesmo padrão de estrutura da pilha comum. O diferencial está na composição do ânodo e do cátodo. É capaz de produzir uma voltagem em torno de 1,5 V e apresenta os seguintes componentes:
· Ânodo: geralmente formado por uma placa de zinco, cádmio e outros metais;
· Cátodo: formado também por uma mistura pastosa com óxidos de alguns metais, mas com a presença de cloreto de potássio (Kcl) em vez do cloreto de amônio.
Essa pilha apresenta as mesmas aplicações de uma pilha comum.
Pilha de lítio e iodo
Pilha alcalina capaz de produzir uma voltagem em torno de 2,8 V e apresenta os seguintes componentes:
· Ânodo: formado por uma placa de lítio;
· Cátodo: formado por um complexo de iodo.
Essa pilha é utilizada em aparelhos de marca-passo, por exemplo.
Pilha de mercúrio e zinco
Pilha alcalina capaz de produzir uma voltagem em torno de 1,35 V e apresenta os seguintes componentes:
· Ânodo: formado por uma placa de zinco;
· Cátodo: formado por uma pasta com óxido de mercúrio (HgO).
Essa pilha é muito utilizada em relógios e calculadoras, por exemplo.
2.2 Eletrólise
Toda eletrólise precisa do gerador de corrente contínua que passará a corrente elétrica por um líquido com íons, que é chamado de eletrólito. No eletrólito ficam imersos dois eletrodos, que geralmente são inertes, feitos de platina ou de grafita, sendo que um é o cátodo (polo negativo) e o outro é o ânodo (polo positivo). O recipiente onde fica o eletrólito e os eletrodos mergulhados nele, bem como onde ocorre todo o processo de oxirredução, é chamado de cuba eletrolítica.
	
A eletrólise ocorre, então, da seguinte maneira: quando o gerador é ligado, os elétrons são transportados do gerador pelo seu polo negativo (no caso da pilha, o polo negativo é o ânodo) e entram na cuba eletrolítica pelo cátodo (polo negativo, no caso da eletrólise), onde acontece uma reação de redução, em que se recebem os elétrons, como mostra a semirreação genérica abaixo:
Cátodo (polo negativo): Redução: Cx+ + x e- → C
Então, na cuba eletrolítica, os elétrons emergem do ânodo (polo positivo na eletrólise), onde ocorre a oxidação, isto é, a perda de elétrons, e chegam ao gerador pelo seu polo positivo (cátodo). A semirreação de oxidação que ocorre no ânodo da célula eletrolítica é dada abaixo de forma genérica:
Ânodo (polo positivo): Oxidação: Ay-→ A + y e-
A reação global é dada pela soma dessas duas semirreações. Desse modo, a energia que foi usada para provocar a descarga dos íons, no final da reação, produz substâncias simples ou metálicas muito usadas nas indústrias. Tal energia é a energia elétrica que fica armazenada nessas substâncias na forma de energia química.
Dependendo do tipo de eletrólito, a eletrólise pode ser classificada de duas formas:
Eletrólise ígnea: O eletrólito é uma substância fundida, isto é, que está no estado líquido sem a presença de água, porque o ponto de fusão dos materiais derretidos geralmente é bem elevado.
Por exemplo, a eletrólise do sal de cozinha fundido (cloreto de sódio - NaC?) produz duas substâncias muito importantes e que não são encontradas de forma isolada na natureza,que são o sódio metálico (Na(s)) e o gás cloro (Cl2(g)). O ponto de fusão do sal é superior a 800,4 ºC, portanto, com toda certeza, não há água no meio, tendo em vista que o ponto de fusão da água é de 0º C e o de ebulição é de 100 ºC ao nível do mar.
Quando se passa a corrente elétrica pelo sal fundido, ocorrem as seguintes reações:
Cátodo: Na+(l) + e- → Na(s)
Ânodo: 2Cl-(l) → 2 e- + 1Cl2(g)____________
Reação Global: Na+(l) + 2Cl-(l) → Na(s) + 1Cl2(g)
Eletrólise em meio aquoso: Nesse caso, o eletrólito é uma solução aquosa com íons dissolvidos.
Na eletrólise em meio aquoso existem, além dos íons da substância dissolvida, os íons da água (H+ e OH-). Assim, é preciso consultar listas de facilidade de descarga para saber qual será o ânion e qual será o cátion que participarão das reações de oxirredução e ficarão neutros.
Por exemplo, no caso da eletrólise da salmoura (sal dissolvido na água), temos os quatro íons: Na+ e H+, Cl- e OH-. Consultando a fila de facilidade de descarga elétrica, vemos que o H+ tem maior facilidade que o Na+ e também notamos que o Cl- tem maior facilidade que o OH-. Assim, o cátion Na+ e o ânion OH-?permanecerão na solução (são os “íons espectadores”), enquanto o H+ e o Cl- irão reagir:
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Para realizar o cálculo do potencial de uma pilha, devemos conhecer os valores dos potenciais-padrão, seja de oxidação, seja de redução, e aplicar na seguinte equação matemática:
ΔE = Ered (maior) - Ered (menor)
ou
ΔE = Eoxi (maior) - Eoxi (menor)
ΔE = variação do potencial de uma pilha (fem ou ddp).
Essa equação utiliza a variação do potencial porque, como no dispositivo ocorrem a oxidação e a redução, a medida do potencial será dada simplesmente pela subtração do potencial de cada um dos eletrodos (metais).
OBS.: Só podemos afirmar que estamos trabalhando com uma pilha quando o cálculo do potencial resulta em um valor positivo.
4. CONCLUSÃO 
As pilhas e baterias são dispositivos em que reações de oxirredução transformam energia química em elétrica. Elas são estudadas em um ramo específico da Eletroquímica. As pilhas e as baterias são dispositivos estudados em Eletroquímica que transformam energia química em energia elétrica, a função primária de uma pilha é converter energia química em energia elétrica, por meio de uma reação espontânea de troca de elétrons entre duas espécies (eletrodos), geralmente metálicas. Forma-se um eletrodo no momento em que se tem um fragmento metálico imerso em uma solução de seus íons. No caso, pode-se denominar esse dispositivo de pilha galvânica, pilha elétrica ou ainda simplesmente pilha.
E a eletrólise é baseada num fenômeno inverso ao da pilha. Na eletrólise, o processo não é espontâneo, como acontece nas pilhas. Ou seja, a eletrólise converte a energia elétrica em energia química, já a pilha gera energia elétrica a partir de energia química.
5. BIBLIOGRAFIA
[1] 
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc11/v11a01.pdf 
FELTRE, Ricardo; Fundamentos da Química, vol. Único, Ed. Moderna, São Paulo/SP – 1990.
RUSSELL, John B.; Química Geral vol.1, São Paulo: Pearson Education do Brasil, Makron Books, 1994..
[2] https://www.todamateria.com.br/eletrolise/. 
[3] https://brasilescola.uol.com.br/quimica/funcao-eletrolise.htm. Acesso em 12 de abril de 2021.