FÍSICO QUÍMICA - AULA 3 ELETROQUÍMICA: CÉLULAS GALVÂNICAS PROF. ANA - CONCEITOS BÁSICOS - A PILHA DE DANIELL

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1 FÍSICO QUÍMICA - AULA 3 ELETROQUÍMICA: CÉLULAS GALVÂNICAS DATA: 02/10/2015 PROF. ANA - CONCEITOS BÁSICOS ELETROQUÍMICA: é a parte da Química que estuda a relação entre a corrente elétrica e as reações químicas de tranferência de elétrons (reações de óxidoredução). Há dois casos de particular interesse na eletroquímica. O primeiro deles é o emprego controlado de reações espontâneas de óxido-redução para gerar corrente elétrica. É o que acontece nas pilhas e baterias. CÉLULA GALVÂNICA (ou VOLTAICA): um dispositivo no qual a ocorrência espontânea de uma reação de óxido-redução permite a geração de corrente elétrica. Como a primeira célula galvânica, construída pelo cientista italiano Alessandro Volta, era uma pilha de discos metálicos intercalados, uma célula galvânica também costuma ser denominada PILHA. BATERIA: associação de duas ou mais pilhas. É o caso, por exemplo, da bateria do automóvel, que corresponde na verdade à assossiação de várias pilhas iguais, que fornece uma voltagem maior que uma só das pilhas presentes em seu interior seria capaz de fornecer. ELETRÓLISE: uma reação não-espontânea de óxido-redução que ocorre de modo forçado. O dispositivo em que esse processo acontece é chamado de CÉLULA ELÉTROLÍTICA. As células galvânicas e eletrolíticas são conjuntamente denominadas células eletrolíticas. - A PILHA DE DANIELL Zn metálico mergulhado em uma solução de CuSO4(aq)

2 OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS: - A solução de sulfato de cobre (II) (aq), inicialmente azulada, com o passar do tempo vai perdendo a coloração azul e - a placa de zinco, inicialmente cinza metálica, tem a sua superfície recoberta por um metal avermelhado. Trata-se de uma reação de óxido-redução em que o zinco sofre oxidação e os íon cobre (II) sofrem redução: Zn(s) + Cu 2+ (aq) Cu(s) + Zn 2+ (aq) O zinco sofreu oxidação: perdeu elétrons e seu número de oxidação aumentou. O íon Cu 2+ sofreu redução: recebeu elétrons e seu número de oxidação diminuiu. Em uma óxido-redução, a espécie que se oxida o zinco, no caso transfere elétrons para a que se reduz os íons cobre (II), no caso. E se conseguirmos fazer com que essa tranferência ocorra por meio de um fio metálico? Seria estabelecida uma corrente elétrica! Para conseguirmos isso, considere uma placa de zinco mergulhada numa solução aquosa contendo íons zinco (de um sal solúvel de zinco como, por exemplo, sulfato de zinco, ZnSO 4). Esse conjunto será denominado semicélula e será representado por Zn 2+ /Zn 0. Considere também uma placa de cobre mergulhada numa solução aquosa contendo íons cobre (II) (por exemplo, uma solução de sulfato de cobre (II) CuSO 4). Essa semicélula é representada por Cu +2 /Cu 0. Ao conectar as placas metálicas e ambos os eletrodos, usando fios metálicos e uma lâmpada, e colocar uma ponte salina, verificamos que a lâmpada acende! Com o passar do tempo, à medida que a lâmpada permanece acesa:

3 - a concentração de íons cobre (II) diminui na solução da direita; - a concentração de íons zinco aumenta na solução da esquerda; - a placa de zinco sofre corrosão (desgaste); - sobre a placa de cobre deposita-se mais cobre metálico. Esses fatos indicam que elétrons fluem, pelo fio metálico, da placa de zinco para a de cobre. Mas como a placa de zinco poderia ceder elétrons? O fato de a concentração de íons Zn 2+ na solução aumentar e de a placa sofrer corrosão revela que está ocorrendo a oxidação do zinco, que pode ser assim equacionada: Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e - placa vai para a solução vão para o fio metálico E para onde vão os elétrons recebidos pela placa de cobre? O fato de a concentração de íons Cu 2+ diminuir e haver depósito de cobre metálico indica que íons cobre (II) da solução estão sofrendo redução: Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) solução vêm do fio metálico deposita-se na placa O eletrodo de zinco, por apresentar menor potencial elétrico, atua como o pólo negativo da pilha. E o eletrodo de cobre, que exibe o maior potencial elétrico, atua como pólo positivo. O PAPEL DA PONTE SALINA Cada átomo de Zn 0, que manda dois elétrons para o circuito externo, sai da placa e passa para a solução na forma de Zn 2+, provocando a corrosão da placa e fazendo a solução ficar mais concentrada de íons zinco. Isso tende a fazer com que essa solução fique com excesso de cargas positivas. Simultaneamente, a outra solução fica menos concentrada em íons Cu 2+ e tende a ter acúmulo de cargas negativas. Se isso ocorresse, o funcionamento da pilha rapidamente iria cessar, pois o acúmulo de carga positiva na solução da esquerda iria atrair os elétrons do fio metálico para a placa de zinco (cargas de sinais opostos se atraem) e o acúmulo de carga negativa na solução da direita iria repelir os elétrons do fio metálico (cargas de mesmo sinal se repelem), impedindo-os de chegar à placa de cobre. O acúmulo de cargas elétricas nas soluções é evitado pela ponte salina, um tubo de vidro recurvado preenchido com material gelatinoso e contendo alta concentração de um sal que não interfira no processo (KCl, por exemplo). O excesso de cátions (portadores de cargas positivas) no frasco da esquerda pode passar pela ponte salina em direção ao frasco da direita. E o excesso de cargas ânions (portadores de cargas negativas) no frasco da direita pode migrar pela ponte salina em direção ao frasco da esquerda. Assim, a presença da ponte salina permite que a pilha continue funcionando.

4 NOMENCLATURA DOS ELETRODOS EM UMA CÉLULA GALVÂNICA As placas metálicas existentes em uma pilha, que fazem a sua conexão coma parte do circuito elétrico externa à pilha, são denominadas ELETRODOS. O eletrodo no qual ocorre processo de OXIDAÇÃO é denominado ÂNODO. O eletrodo no qual ocorre processo de REDUÇÃO é denominado CÁTODO. REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UMA CÉLULA GALVÂNICA Para a pilha de Daniell: Zn(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) A barra vertical simples ( ) indica a fronteira que representa duas fases e a barra vertical dupla ( ) indica a ponte salina. Do lado esquerdo é representada a semicélula em que ocorre a oxidação (ânodo) e do lado direito a semicélula em que ocorre a redução (cátodo). EXERCÍCIOS 1. (UFRGS-RS) Considere as seguintes afirmações sobre células galvânicas. I. O eletrodo onde ocorre a redução atua como pólo positivo. II. Os elétrons circulam do pólo positivo para o pólo negativo. III. Nopólo negativo ocorrem semi-reações de oxidação. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e III. e) Apenas II e III. 2. Pessoas que apresentam dentes com restaurações metálicas podem sentir um pequeno choque ao colocar na boca pedaços de metal, como, por exemplo, o

5 papel alumínio de um chocolate. O alumínio, com o meio ácido da boca, provoca a transferência de elétrons para o metal de restauração, causando esse choque. Com baso no fenômeno descrito, pode-se afirmar que o alumínio: a) Sofre redução, funcionando como cátodo. b) Provoca a oxidação do metal da restauração. c) É o agente oxidante, pois sofre redução. d) É o agente redutor, pois sofre redução. e) Sofre oxidação, funcionando como ânodo.

6 GABARITO 1. D 2. E