Potencial Elétrico e Pilhas

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Sérgio Cipriano
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1 Potencial Elétrico e Pilhas Pilhas Caseiras É possível que você construa uma pilha com a ajuda e sob a supervisão de um adulto. Você vai precisar de um limão, duas placas de cobre e duas de zinco (prego de zinco), fios de cobre, uma calculadora (sem pilhas) e uma faca (tome cuidado!). Com a faca, corte um limão ao meio e enfie as placas de cobre e zinco; com os fios de cobre, conecte na calculadora a placa de zinco no polo negativo e o fio da placa de cobre no polo positivo. No experimento em questão, a placa de zinco é a que se oxida e a placa de cobre a que se reduz, ânodo e cátodo respectivamente. O limão, por ter ácido cítrico em sua constituição, funciona como o eletrólito, pois tem íons H + aquoso. Fonte: O cobre é reduzido por ter um potencial de redução maior que o do zinco, sendo assim, os íons H + são reduzidos pelo cobre, que está recebendo elétrons do zinco. Potencial de Redução Uma dúvida pode ser levantada nesse momento: por que o zinco se oxida e o cobre se reduz? A resposta está no potencial de redução de cada um desses metais. O zinco, por ter um menor potencial de redução, vai se oxidar, e o cobre,

2 por ter um maior potencial de redução, vai ser reduzido. O potencial padrão de redução foi determinado tendo como base uma pilha em que se considera com um dos eletrodos o hidrogênio que por convenção, foi atribuído o valor zero, tanto para seu potencial de redução quanto para seu potencial de oxidação. Com o uso de um voltímetro, é possível medir a diferença de potencial apenas do outro eletrodo, que, no caso do zinco, é -0,76 V e do cobre + 0,34 V, como mostra a tabela abaixo:

3 Como você notou, o Li + possui o menor potencial de redução e o F2 o maior potencial de redução, isso significa dizer que o íon lítio é o melhor agente redutor de uma pilha ou que ele sofre oxidação com mais facilidade, pois tem um grande

4 potencial de oxidação. O flúor já tem um alto potencial de redução, ou seja, em uma pilha ele sempre sofrerá a redução e, logicamente, será um forte agente oxidante. A diferença de potencial de uma pilha é calculada com a expressão abaixo: E 0 = E 0 red (cátodo) - E 0 red (ânodo) Para o eletrodo de zinco temos: 0,76 = 0 (E H) E (Zn) = -0,76 V Como você viu, o potencial padrão de redução do zinco é -0,76 V. Chamamos de potencial padrão de redução (E ), porque essa medida é feita sob condições padrão: 25 C, 1 atm, 1 moll -1, já que o potencial de redução depende de temperatura, pressão e concentração do eletrólito. É válido lembrar também que existe o potencial padrão de oxidação, que é simplesmente a inversão da reação de redução, logo, o valor de potencial de oxidação é o mesmo do valor do potencial de redução, porém com sinal contrário. As pilhas e as baterias são exemplos de geradores de energia elétrica. Você deve saber que o potencial elétrico de um gerador é medido pela expressão abaixo: U = E r. i sendo que o U é a diferença de potencial elétrico (ddp), E é a força eletromotriz (fem ou E) do sistema, que é toda energia gerada pela pilha e pode ser medida com o auxílio de um voltímetro, r é a resistência interna do gerador e i corresponde à corrente elétrica. O cálculo da voltagem de uma pilha é bastante simples. Vamos a um exemplo de cálculo de voltagem de uma pilha. Imagine que construímos uma pilha de alumínio e ferro representado abaixo. De olho na tabela, podemos escrever as semirreações:

5 Al 3+ (aq) + 3e - Al(s) E = -1,66 V Fe 3+ (aq) + 3e - Fe(s) E = -0,44 V Podemos calcular a fem de uma pilha de alumínio e ferro com seus respectivos potenciais de redução: E = E (maior) E (menor) = E (cátodo) E (ânodo) = - 0,44 (- 1,66) = 1,22 V Com os valores de potencial de redução, podemos saber quem sofre redução e quem sofre oxidação. O íon alumínio tem menor potencial de redução, logo ele será oxidado e o ferro será reduzido. Assim, podemos escrever as semirreações e a reação global: Veja que invertemos a reação que irá oxidar, consequentemente o sinal do seu potencial de redução passou de negativo para positivo, justamente devido ao fato de a reação representar a oxidação, o valor de potencial também deve representar a oxidação. Com uma equação do cálculo de voltagem um pouco diferente, mas que obteremos o mesmo valor de voltagem, podemos encontrar a fem da pilha: E = E (oxidação) + E (redução) = +1,66 + (- 0,44) = 1,22 V Podemos, então, escrever de uma maneira mais compacta o funcionamento da pilha:

6 Al(s) / Al 3+ (aq) // Fe 3+ (aq) / Fe(s) E = 1,22 V O potencial padrão de redução de uma pilha não depende do número de elétrons envolvidos. Uma pilha de cobre e alumínio, por exemplo, temos que fazer o balanceamento, para que a quantidade de elétrons seja a mesma nas duas semi reações mas o valor de seus potenciais de redução não muda:

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