Físico-Química. Eletroquímica Prof. Jackson Alves

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1 Físico-Química Eletroquímica Prof. Jackson Alves

2 1. Pilhas Processo espontâneo de conversão de energia química em energia elétrica.

3 Observe o esquema a seguir: Lâmina de zinco Semicela Zn / Zn 2+ ponte salina Lâmina de cobre Semicela Cu 2+ / Cu ZnSO 4(aq) CuSO 4(aq)

4 Partes da Pilha Definição - Exemplo Eletrodo Placa metálica imersa na solução com cátions desse metal Zn (s) imerso em ZnSO 4(aq) Equilíbrio: Zn (s) Zn 2+ (aq) Cu (s) imerso em CuSO 4(aq) Equilíbrio: Cu 2+ (aq) Cu (s)

5 Partes da Pilha Definição - Exemplo Ânodo Pólo negativo da pilha; Contém o metal mais reativo; Ocorre Oxidação; O Metal doa elétrons que seguem pelo fio condutor e se transforma em cátions, que vão para a solução; A placa metálica perde massa. Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e- Perde elétrons a massa diminui Vai p/ solução Vai p/ o fio

6 Partes da Pilha Definição - Exemplo Cátodo Pólo positivo da pilha; Contém o metal menos reativo; Ocorre Redução; Os elétrons chegam pelo fio condutor, seguem pela placa e são recebidos pelos cátions em solução que se transformam no elemento metálico e se depositam na placa (aumenta a massa); Recebe elétrons Cu 2+ (aq) + 2e- Vem p/ o fio Cu (s) Vai p/ placa a massa aumenta

7 Partes da Pilha Definição - Exemplo Ponte Salina Permite a migração de íons de uma solução para outra mantendo a neutralidade elétrica de ambas, garantindo o funcionamento da pilha. No ânodo (aumenta o nº de cátions em solução) No cátodo (diminui o nº de cátions em solução)

8 Notação Química da Pilha Substância metálica que sofre oxidação Cátion que se forma Cátion que sofre redução Substância metálica que se forma Para a pilha de zinco e cobre descrita nos slides anteriores, a notação seria: Zn Zn 2+ Cu 2+ Cu

9 2. Variação do Potencial de uma Pilha O funcionamento de uma pilha ocorre devido a conexão de metais com diferentes capacidades de sofrer oxidação ou diferentes potenciais de oxidação. Quanto maior a diferença de potencial (ddp) dos eletrodos de uma pilha, maior será a intensidade de corrente elétrica. O raciocínio é o mesmo para os potenciais padrão de redução.

10 O potencial padrão de redução indica a capacidade que o cátion do elemento metálico possui de ganhar elétrons. É numericamente igual ao potencial padrão de oxidação com o sinal trocado. A medida do potencial de um eletrodo é feita em condições padrão (1 atm, 25ºC e metal imerso em solução de concentração 1 mol/l de cátions desse metal), em referência ao eletrodo padrão de hidrogênio, observe a seguir:

11 Eletrodo Padrão Hidrogênio Zinco Medida de potencial Cobre Medida de potencial Notação Pt 0 (inerte) imerso em solução 1M de ácido forte, onde o gás H 2 é injetado em fluxo constante a 1 atm. Notação: Pt H 2(g) 1 atm/h 3 O + (aq) 1M Interligando um eletrodo padrão de hidrogênio a um eletrodo de zinco nas condições padrão, o voltímetro marcará + 0,76 volt. Isso significa que a corrente elétrica flui do Zn para o H. Interligando um eletrodo padrão de hidrogênio a um eletrodo de cobre nas condições padrão, o voltímetro marcará - 0,34 volt. Isso significa que a corrente elétrica flui do H para o Cu. Cálculo Matemático H 2(g) + 2H 2 O == 2H 3 O + + 2e - E = E redução do cátodo E redução do ânodo ou E oxidação do ânodo E oxidação do cátodo E = E oxi Zn E oxi H2 Mas E oxih2 = 0, então: E = E oxi Zn ( E oxi Zn = + 0,76 V) E = E redução do cátodo E redução do ânodo ou E oxidação do ânodo E oxidação do cátodo E = E oxih2 E oxi Cu Mas E oxi H2 = 0, então: E = - E oxi Cu (E oxi Cu = - 0,34 V)

12 Conforme as informações fornecidas anteriormente, podemos calcular a variação do potencial ( E) de uma pilha de cobre e zinco: Pelo potencial de oxidação: E = E oxi Zn E oxi Cu E = (+0,76) (- 0,34) E = + 1,10 V Pelo potencial de redução: E = E redu Cu E redu Zn E = (+0,34) (- 0,76) E = + 1,10 V A IUPAC recomenda que se trabalhe preferencialmente com os potenciais de redução dos eletrodos, em vez dos potenciais de oxidação.

13 Exercícios 1. Na Pilha de Daniel (observe o esquema) ocorre a reação: Zn (s) + Cu +2 (aq) Zn +2 (aq) + Cu (s) Qual das substâncias dissolvidas em água, você escolheria para colocar no compartimento B afim de que a pilha produza eletricidade? A) HCl B) Na 2 SO 4 C) CuSO 4 D) ZnCl 2 E) H 2 SO 4

14 2. O esquema a seguir representa uma pilha na qual se verifica que, durante o funcionamento, há desgaste da placa de cobre e depósito de metal sobre a placa de prata. Com base na informação dada, responda às questões: A) Qual dos eletrodos é o ânodo? Qual é o cátodo? B) Qual dos eletrodos é o pólo negativo? E o positivo? C) Que espécie química é oxidada? E qual é reduzida? D) Equacione a semi-reação anódica? E) Equacione a semi-reação catódica? F) Equacione a reação global da pilha? G) Qual o sentido de movimentação dos elétrons no fio? H) Qual o sentido da movimentação dos íons na ponte salina?

15 3. Observe o esquema a seguir e responda: A) Em qual eletrodo ocorre a redução? Em qual ocorre a oxidação? B) Qual é o cátodo? Qual é o ânodo? C) Qual o pólo positivo? Qual o pólo negativo? D) Qual eletrodo ocorre deposição? Qual eletrodo ocorre corrosão? E) Qual solução se dilui? Qual solução se concentra? F) Qual o sentido do fluxo dos elétrons no fio? G) Qual o sentido da movimentação dos íons na ponte salina? H) Quais as semireações e a equação global?

16 Paródia: I am Believer (Sherek) Eletroquímica Processo espontâneo de conversão energia química em elétrica Mergulho o zinco e o cobre nos seus sulfatos E ponho uma ponte salina REFRÃO E no Ânodo vou ver...? o negativo da pilha; mais reativo; Oxidação; O Metal doa elétrons... que vai pelo fio e vira cátions na solução. O Cátodo é positivo da pilha; E tem o metal menos reativo; Nele ocorre a Redução; Os elétrons vem pelo fio E seguem pela placa aumentando a massa. O maior potencial É o anodo da pilha O menor é o catódo da pilha. REFRÃO 2x...fim REFRÃO

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