Teixeira Ciê. Aplicada 2ª série - EM /05/16 2º 08. O estudo de uma reação de oxirredução (oxidação redução) 1ª parte A pilha.

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1 Teixeira Ciê. Aplicada 2ª série - EM /05/16 2º 08 O estudo de uma reação de oxirredução (oxidação redução) 1ª parte A pilha. Introdução. Luigi Galvani, médico italiano, em 1786, ao dissecar uma rã, observou um fenômeno que o deixara curioso. Galvani amarrou um dos nervos da rã, já morta, a um fio de cobre. Acidentalmente deixou este fio de cobre tocar uma placa de ferro. Neste instante os nervos da rã contraíram-se convulsionando a musculatura da rã morta. Sem saber, Galvani descobrira a pilha. Não soube explicar o que acontecia. Pelo menos até 1800, quando outro italiano, Alessandro Volta, construiu a primeira pilha e pode então explicar o que ocorrera com Galvani. O nome pilha deriva do fato que o aparato construído por Volta, ser formado por discos de cobre e zinco, separados por um tecido com um eletrólito, colocados uns sobre outros formando uma pilha de discos. O processo. Na tabela a seguir são mostrados os potenciais de redução/oxidação de diferentes elementos/íons. A oxidação. É um processo onde uma determinada substância troca elétrons em uma reação química. Assim, por exemplo, o ferro, em seu estado metálico, é capaz de ceder elétrons de sua estrutura quando colocado junto de outro elemento que tenha uma afinidade maior por estes. Fe Fe e Na equação acima, o ferro no estado metálico, ao ceder 2 elétrons, se transforma em um cátion bivalente. Este valor (+2) na nova situação é denominado carga do íon, e neste caso, para o elemento/íon isolado, também representa seu número de oxidação (NOX). Note que antes de ceder os elétrons não havia carga alguma associada. Ele não era um íon. Portanto seu número de oxidação (NOX) é nulo. Entre o antes e o depois este número de oxidação (NOX) sofreu um aumento. Este aumento no NOX é denominado OXIDAÇÃO, pois antes de ser descoberta as cargas elétricas, substâncias apresentavam este comportamento ao entrarem em contato com o oxigênio. Se, portanto, o ferro reagir com o cobre, como aconteceu com o Galvani, o que acontece com o cobre? A redução. fig. 1-ilustração da pilha de Volta O cobre por sua vez, dependendo do elemento com quem toma contato, pode querer os elétrons que este elemento tem (num contato com o ferro, por exemplo) Nesta situação o que ocorreria é o que segue ilustrado na reação: Cu e Cu Nesta equação, o cobre no seu estado iônico tem facilidade para receber os elétrons que o ferro dispõe. Ocorre então uma migração dos elétrons do ferro para o cobre. Esta passagem de elétrons é uma corrente elétrica, a mesma estudada em eletricidade na física. Quando esta eletricidade passou pelos terminais nervosos da rã, no caso de Galvani, ocorreu a contração muscular que ele presenciou. O que aconteceu com o NOX do cobre desta vez foi uma diminuição de seu valor. Ocorreu uma REDUÇÃO do NOX. Daí este processo ser denominado redução.

2 Mas como saber quem tem tendência a ceder ou receber elétrons? Os pesquisadores mediram em todas as substâncias que conseguiram notar esta mudança de NOX a energia disponível para cada unidade de carga elétrica em relação a um referencial. A esta quantidade denomina-se potencial elétrico. Este potencial elétrico é medido em volts, o mesmo tipo da tomada, da bateria e da fotocélula. O nome é justamente à Alessandro Volta, o inventor da pilha. Vejamos alguns potenciais na tabela a seguir. (tabela de potenciais de redução/oxidação) Note que, para os elementos que citamos temos: Fe Fe e (+0,44 volts)

3 Isto significa que o ferro ao ceder 2 elétrons tem um potencial de oxidação padrão de 0,44 V. O fato de ser positivo, significa que esta oxidação é um processo que tende a ocorrer naturalmente quando o ferro é colocado em contato com outro elemento cujo valor de potencial de oxidação é menor que 0,44 V. Já pra o cobre, Cu Cu e ( 0,15 volts) Isto significa que o cobre, para ceder 2 elétrons o cobre tem um potencial de oxidação padrão de 0,15V negativos. O fato de ser negativo significa que esta oxidação não é um processo que ocorra espontaneamente quando colocado com outro elemento cujo valor de potencial de oxidação é maior que -0,15V. Logo se invertemos o sentido da reação, Cu e Cu (+0,15 volts) Agora sim este processo seria espontâneo, quando comparado a um processo de redução menor que 0,15 volts Como em relação ao potencial padrão (0 volts) o processo de oxidação do ferro e a redução do cobre são positivos, ou seja, são espontâneos, se colocarmos os dois metais juntos, haverá transferência de elétrons do ferro para o íon cobre. Esta reação completa é conhecida como equação de oxirredução ou redox. Ao fazer o equacionamento geral entre as duas, obtém-se o potencial da associação em relação ao potencial padrão (0 volts). É daí que nasce a pilha. O que Volta fez, foi colocar várias delas, uma na sequência da outra para que esses potenciais fossem somados, resultando em uma bateria. Em 1836 o químico Daniell construiu uma pilha diferente, interligando eletrodos que eram sistemas constituídos por um metal imerso em uma solução de seus respectivos íons. É esta pilha que vamos montar. Para isso vamos precisar de: - 2 béqueres - uma chapa de zinco - uma chapa de cobre (ou fio) - multímetro (na função amperímetro e também voltímetro) - um pedaço de mangueira e chumaço de algodão - NaCl - CuSO 4 - ZnSO 4 Procedimento. Prepare em cada béquer uma solução aquosa 1 molar de Sulfato de Zinco e outra 1 molar de Sulfato de Cobre. Para isso utilize 50 ml de solução. Lembre-se! 1 molar significa 1 mol em 1 litro de solução. Massa molar do Sulfato de Zinco = g/mol Massa molar do Sulfato de cobre = g/mol Volume de água utilizado = L É preciso calcular a massa do sal a ser dissolvido. Como você irá fazer isso?

4 Coloque agora a placa de zinco na solução de sulfato de cobre. Espere 30 segundos, depois deixe-a até o fim da aula, e então volte a vê-la. O que você observa? Que fenômeno ocorreu na placa? Agora coloque os béqueres lado a lado. Tome a mangueira fechando um dos lados com um chumaço de algodão. Com o dedo tampando este lado, coloque água salgada até enchê-la e depois feche a outra extremidade com outro chumaço. Esta é nossa ponte salina. Pesquise: O que a ponto salina? Que função ela tem na pilha de Daniell? Coloque a ponte salina de modo a conectar um béquer ao outro. No béquer com a solução de sulfato de cobre, mergulhe o fio de cobre. No béquer com a solução de sulfato de zinco, mergulhe a chapa. Você observa uma mudança como anteriormente? Por quê? Pondere uma explicação. Selecione a opção Volts (DC) na escala 2000mV no multímetro. Conecte seus terminais no fio de cobre e na placa de zinco. O que você observa? Agora retire a ponte salina. O que observa? Proponha justificativa para o que observa. Coloque o multímetro na opção corrente (DC) na escala 10A. Deixe a reação acontecendo enquanto responde o restante do questionário. Anote apenas o valor da corrente indicada. i = A corrente é de elétrons, de íons ou de prótons?

5 Onde ocorre o fluxo de cargas? Monte as equações que estão ocorrendo nos eletrodos do cobre e do zinco. Qual deles é positivo? E qual é negativo? Preencha a tabela estabelecendo as relações: Polaridade (+ ou -) Ocorre (redução ou oxidação) Placa de zinco Fio de cobre Sabendo que é denominado cátodo, o eletrodo no qual o ocorre redução e ânodo o que sofre oxidação identifique quem é um e quem é outro na sua pilha. Cátodo: = pólo Ânodo: = pólo Passado algum tempo da reação (espere chegar ao fim da aula), retire os eletrodos do lugar e examineos. A leitura no multímetro, (funcionando como amperímetro) ainda é a mesma? O que você observa nos eletrodos? Como você explica a alteração da corrente elétrica? Agora volte o multímetro na posição volts (DC) 2000mV. Que valor você lê? Como explica este fato comparado ao que aconteceu ao amperímetro?

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