ELETROQUÍMICA: PILHAS ELETRÓLISE

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1 ELETROQUÍMICA: PILHAS ELETRÓLISE Profa. Adélia Química Aplicada

2 HISTÓRICO 1800 ALESSANDRO VOLTA Ele empilhou pequenos discos de zinco e cobre, separando-os com pedaços de um material poroso (feltro) embebidos em uma solução aquosa de H 2 SO 4 (boa condutora). ENERGIA PILHA ENERGIA QUÍMICA ELÉTRICA ELETRÓLISE

3 CONSTITUIÇÃO DAS PILHAS ELETRODOS metal solução do metal FIO CONDUTOR DE ELÉTRONS

4 PONTE SALINA OU PLACA POROSA Finalidade: Permitir o escoamento de íons de uma semicela para outra, de modo que cada solução permaneça sempre eletricamente neutra. Ponte Salina: Solução de água e sal. No caso da pilha de Daniell (solução de KNO 3 eletrólito forte)

5 MONTANDO UMA PILHA (PILHA DE DANIELL ) e - e - e -

6 ÂNODO Polo - CÁTODO Polo + " Desgaste da placa (corrosão) " Oxidação do metal ( Zn/Zn 2+ ) " ÂNODO " Polo negativo ( - ) " Concentra a solução pela oxidação do metal a íon POA " Aumento de massa da placa " Redução do íon (Cu 2+ /Cu) " CÁTODO " Polo positivo ( + ) " Diluição da solução pela redução do íon da solução RREC

7 Reações das Pilhas e - e - e - e - Semi-reação de oxidação (perde e - ) Semi-reação de redução (ganha e - ) Sentido dos e- REAÇÃO GLOBAL DA PILHA Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu

8 REPRESENTAÇÃO SIMPLIFICADA A 0 /A + // B + /B 0 Pólo Oxidação ÂNODO Ponte salina Pólo + Redução CÁTODO Zn / Zn 2+ // Cu 2+ / Cu Obs.: O sentido da corrente elétrica é o inverso do caminho percorrido pelos elétrons.

9 POTENCIAL DE UMA PILHA O Potencial de um pilha é medido experimentalmente por um aparelho denominado VOLTIMETRO, cujo objetivo é medir a força eletromotriz (fem ou E) da pilha. O valor indicado pelo voltímetro, em volts (V), corresponde a diferença de potencial ou ddp (ΔE) de uma pillha, e depende das espécies químicas envolvidas, das suas concentrações e da temperatura.

10 POTENCIAL DO ELETRODO Potencial normal (ou Padrão) do Eletrodo " Símbolo = E 0 " Unidade = volt (V) Conceito: é a grandeza que mede a capacidade que o eletrodo possui de sofrer oxi-redução nas condições padrão Condição Padrão " Concentração da solução: 1 mol/l; " Pressão: 1 atm " Temperatura: 25 o. C

11 Cálculo do ΔE da Pilha ΔE = E 0 redução - E 0 redução maior menor ou ΔE = E 0 oxidação - E 0 oxidação maior menor ΔE > 0 processo espontâneo ΔE < 0 processo não espontâneo

12 Medição dos Potenciais Eletrodo Padrão " Por convenção foi escolhido o eletrodo de hidrogênio H 2 / 2H + como eletrodo padrão. " Esse eletrodo possui potencial de oxidação e/ou redução igual a ZERO H 2 2H + + 2e 2H + + 2e H 2 E 0 = 0,00 V E 0 = 0,00 V

13 Medição dos Potenciais Exemplo com Zinco

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15 Quanto maior o potencial de redução (mais positivo), maior a capacidade de sofrer REDUÇÃO Quanto menor o potencial de redução (mais negativo), maior a capacidade de sofrer OXIDAÇÃO Aumenta o caráter OXIDANTE Aumenta o caráter REDUTOR

16 ELETRODO DE SACRIFÌCIO Placas de zinco são periodicamente grudadas ao casco dos navios, pois atuam como eletrodos de sacrifício, se oxidando no lugar do ferro. Zn e Zn E 0 = - 0,76 V Fe e Fe E 0 = - 0,44 V

17 ELETRÓLISE Reação de oxirredução provocada pela corrente elétrico Um gerador elétrico fornece energia ao processo. O fluxo de elétrons é do polo positivo para o negativo. ELETRÓLITOS: substâncias ou misturas que contenham íons livres.

18 ELETRÓLISE ÍGNEA Ocorre com substâncias iônicas fundidas (estado líquido) Ex: aquecer NaCl a 800 ºC NaCl Na + + Cl - 2 Na + + 2e 2 Na 2 Cl - 2e + Cl 2 2 Na Cl - 2 Na + Cl 2

19 ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA Utiliza água como solvente. Ocorre competição de íons.

20 ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA X 2

21 ESTEQUIOMETRIA DA ELETRÓLISE

22 ESTEQUIOMETRIA DA ELETRÓLISE

23 J Aplicando nossa aula 1 Considerando a pilha esquematizada abaixo, indique: a) O metal M, que combinado com o eletrodo de alumínio funcione como ânodo da pilha. b) Calcule o ΔE da pilha de Alumínio com o metal M escolhido no item a. c) Indique o metal com maior caráter oxidante na tabela dada.

24 a) O metal M, que combinado com o eletrodo de alumínio funcione como ânodo da pilha. RESOLUÇÃO: " O Potencial de redução do alumínio é = -1,66 V; " O metal M para atuar como ânodo deverá sofrer OXIDAÇÃO e deverá, portanto possuir MENOR potencial de REDUÇÃO que o Alumínio. " O único metal com potencial de redução menor que o Alumínio é o MAGNÉSIO = -2,36 V

25 b) Calcule o ΔE da pilha de Alumínio com o metal M escolhido no item a. ΔE = E 0 redução - E0 redução maior menor ΔE = E 0 Al - E0 Mg ΔE = -1,66 - (-2,36) ΔE = + 0,70 V OBS: toda pilha é um processo espontâneo de transferência de elétrons e portanto seu ΔE e sempre positivo.

26 c) Indique o metal com maior caráter oxidante na tabela dada. Maior caráter OXIDANTE, significa, maior capacidade de sofrer REDUÇÃO; Na tabela ao lado o metal com maior poder de redução é a PRATA = + 0,80 V

27 2 Observe a pilha abaixo e indique: a) O ânodo da pilha. b) O pólo positivo da pilha. c) O eletrodo que sofre oxidação. d) Calcule o ΔE da pilha. e) Escreva a notação oficial da pilha.

28 RESOLUÇÃO a) O ânodo da pilha. Eletrodo de chumbo b) O pólo positivo da pilha. Eletrodo de Prata c) O eletrodo que sofre oxidação. Eletrodo de Chumbo MENOR POTENCIAL DE REDUÇÃO Sofre oxidação ÂNODO Pólo Negativo MAIOR POTENCIAL DE REDUÇÃO Sofre redução CÁTODO Pólo Positivo

29 d) Calcule o ΔE da pilha. ΔE = E 0 redução - E0 redução maior menor ΔE = E 0 Ag - E0 Pb ΔE = + 0,79 - (-0,13) ΔE = + 0,92 V Maior potencial de redução Menor potencial de redução

30 e) Escreva a notação oficial da pilha. Pb 0 /Pb 2+ // Ag + /Ag 0 Pólo Oxidação ÂNODO Ponte salina Pólo + Redução CÁTODO

31 3 Considere a notação oficial da pilha e responda as questões: Cr/Cr 3+ // Ni 2+ /Ni Dados: E 0 red a 25 o. C e soluções 1mol/L Cr e - Cr E 0 = -0,41 V Ni e - Ni E 0 = -0,24 V Menor potencial de redução (sofre oxidação) Maior potencial de redução (sofre redução) a) O pólo negativo da pilha. b) O cátodo da pilha. Eletrodo onde ocorre oxidação - Cr Eletrodo onde ocorre redução - Ni c) Escreva as semi-reações da pilha e a reação global da pilha. semi-reação de oxidação 2Cr 2Cr e - (x2) semi-reação de redução 3Ni e - 3Ni (x3) REAÇÃO GLOBAL: 2 Cr + 3Ni 2+ 2 Cr Ni

32 Cr/Cr 3+ // Ni 2+ /Ni Dados: E 0 red a 25 o. C e soluções 1mol/L Cr e - Cr E 0 = -0,41 V Ni e - Ni E 0 = -0,24 V d) Calcule o ΔE da pilha. ΔE = E 0 redução - E0 redução maior menor ΔE = E 0 Ni - E0 Cr ΔE = - 0,24 - (-0,41) ΔE = + 0,17 V