Fundamentos de Química Profa. Janete Yariwake

Transcrição

1 Introdução à Eletroquímica: Conceitos fundamentais Pilhas e Baterias 1 Química moderna : Eletroquímica Eletroquímica Estudo de sistemas que envolvem passagem de corrente elétrica e envolvendo reações químicas de oxi-redução. Principais sistemas estudados pela Eletroquímica células galvânicas (geram energia elétrica) eletrólise (recebem energia elétrica) 2 1

2 Química moderna : Eletroquímica células galvânicas (geram energia elétrica) Ex.: pilhas e baterias Bateria tradicional para automóveis (chumbo ácido)!! Em linguagem popular, bateria é frequentemente sinônimo de um sistema reutilizável após o fornecimento de energia elétrica proveniente de uma fonte externa. Uma bateria é formada por várias pilhas interligadas. 3 Principais sistemas estudados pela Eletroquímica células galvânicas (geram energia elétrica) As reações de oxi-redução são espontâneas eletrólise : o sistema recebe energia elétrica (as reações não são espontâneas) 4 2

3 Ex.: pilha cobre / zinco Pilhas e baterias experimentos de Física, site IF-USP: pilha Zn Cu 5 Pilhas e baterias 6 3

4 Ex.: pilha cobre / zinco Semi-reações: Pilhas e baterias Cu e - Cu 0 (catodo) Zn Zn e - semi-reação de oxidação (anodo) Cu (catodo) Zn (anodo) 7 Pilha cobre/zinco Cu (catodo) Zn (anodo) lousa!!! 8 4

5 Pilhas: potencial elétrico Condições-padrão (pilhas e baterias): 25 o C [ ] = 1 mol/l 1 atm (pilhas e baterias: geram energia elétrica por reações de oxi-redução espontâneas) Nessas condições, define-se o potencial padrão da pilha (ε o ) Eletrodo de hidrogênio: ε o = 0,00 volt (eletrodo padrão) 9 Pilhas: potencial elétrico Eletrodo de hidrogênio: ε o = 0,00 volt (eletrodo padrão) 10 5

6 Tabelas: potencial padrão de redução (25 o C) (consultar Atkins ou Brady) Semi-reação ε o (Volts) Ag e - Ag 0 0,80 Cu e - Cu 0 0,34 2 H e - H 2 0,00 (padrão) Ni e - Ni 0-0,25 Zn e - Zn 0-0,76 Quanto maior o potencial padrão de redução, mais facilmente ocorre redução (perda de elétrons) 11 Pilha cobre / zinco Quanto maior o potencial padrão de redução (ε o ), mais facilmente ocorre redução (perda de elétrons) Cu e - Cu 0 ε o = + 0,34 V Na pilha cobre/zinco, o Cu +2 + sofre redução, pois tem maior potencial de redução (vide tabela ε o ) Zn 0 Zn e - semi-reação de oxidação Na pilha cobre/zinco, o Zn 0 sofre oxidação pois o Cu 2+ tem maior potencial de redução (ε o ) 12 6

7 Pilha cobre / zinco Cu e - Cu 0 ε o = + 0,34 V Zn 0 Zn e - semi-reação de oxidação Na pilha cobre/zinco, o Zn 0 sofre oxidação pois o Cu 2+ tem maior potencial de redução Zn e - Zn 0 ε o = - 0,76 V (potencial padrão de redução) 13 Pilha cobre / zinco Cu e - Cu 0 ε o = + 0,34 V Zn 0 Zn e - semi-reação de oxidação Na pilha cobre/zinco, o Zn 0 sofre oxidação pois o Cu 2+ tem maior potencial de redução Zn e - Zn 0 ε o = - 0,76 V (potencial padrão de redução) ε o da pilha = ε o da substância - ε o da substância reduzida oxidada ε o da pilha = + 0,34 - (- 0,76) ε o da pilha = + 1,10 V 14 7

8 Pilha cobre / zinco Cu e - Cu 0 ε o = + 0,34 V Zn 0 Zn e - ε o = - 0,76 V semi-reação de oxidação Na pilha cobre/zinco, o Zn 0 sofre oxidação pois o Cu 2+ tem maior potencial de redução ε o da pilha = ε o da substância - ε o da substância reduzida oxidada ε o da pilha = + 0,34 - (- 0,76) ε o da pilha = + 1,10 V valor de ε o positivo: a reação é espontânea 15 Pilhas e baterias: Equação de Nernst Quando a [ ] é diferente de 1 mol/l, utilizamos a Equação de Nernst para calcular o potencial elétrico da pilha 16 8

9 Pilhas e baterias: Equação de Nernst Para uma reação de oxi-redução: a A + b B c C + d D ε = ε o -,. log.. potencial padrão da reação (obtido com [ ] = 1,0 mol/l) número de moles de elétrons envolvidos na reação 17 Pilhas e baterias: Equação de Nernst ε = ε o -,. log.. Ex.: pilha cobre/zinco Zn 2+ = 0,4 mol/l e Cu 2+ = 0,02 mol/l Equação geral da pilha lousa!!! + 1,06 V Cu +2 + Zn 0 Cu 0 + Zn 2+ ε o = + 1,10 V (potencial padrão, obtido com [Cu +2 ] = 1,0 mol/l e [Zn 2+ ] = 1,0 mol/l 18 9

10 Exercícios para estudo dirigido Pilhas Brady, v.2 (2ª Ed.), cap. 15 Eletroquímica Resolver os exemplos do texto: - pg. 616 ( pilha zinco/cromo) - pg. 617 (reação Fe 2+ / Ni) - Exemplo 17.4 Atkins (5ª Ed.), cap. 13 Eletroquímica Exemplo 13.9 (Eq. Nernst) Sugestão para leitura complementar: Atkins (5ª Edição), cap. 13. Eletroquímica Corrosão 19 e-aulas sugeridas: Introdução à Eletroquímica Metais e eletroquímica Prof. Gianluca C. Azzelini Experimentos de Química Eletrólise da salmoura Profa. Maria Eunice R. Marcondes (IQ-USP) 997EA7B78B94C3923F?idItem=

11 Corrosão de metais Principais sistemas estudados pela Eletroquímica eletrólise (recebem energia elétrica) células galvânicas (geram energia elétrica reações espontâneas) 21 Corrosão de metais A corrosão de metais é um processo espontâneo corrosão do ferro: reação espontânea 22 11