Mas como isso é possível? Com certeza você já deve ter se perguntado como uma pilha ou uma bateria pode gerar energia elétrica, não é mesmo?

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1 Fala Gás Nobre! Preparado para reagir? O tema dessa semana é eletrizante e está muito presente no nosso dia a dia. Vamos falar sobre a Eletroquímica! Sabe onde ela se encontra? Basicamente nas pilhas e baterias utilizadas em aparelhos eletrônicos, como o computador que você está usando para ler esse material, celular, calculadora, controle remoto, câmera digital e muitos outros utensílios que usamos tanto em casa, quanto no trabalho e nas horas de lazer. Até a medicina faz uso da eletroquímica, com a utilização do marcapasso em pacientes que possuem problemas cardíacos. Mas como isso é possível? Com certeza você já deve ter se perguntado como uma pilha ou uma bateria pode gerar energia elétrica, não é mesmo? Bem, as pilhas e as baterias são dispositivos com capacidade de armazenar energia química. Essa energia química é a energia potencial armazenada nos átomos ou nas moléculas e que é modificada quando acontece uma reação química. Nesse caso, ela é transformada em energia elétrica.

2 Mas como ocorre essa transformação de energia química em energia elétrica? Através das reações de oxirredução ( oxidação e redução), que não somente transformam energia química em energia elétrica, mas também energia elétrica em energia química. Isso mesmo! Haha! E essas reações envolvem a transferência de elétrons de uma espécie química para outra. Isso significa que uma espécie química irá perder elétrons, e por essa razão oxida, desta forma simultaneamente a outra recebe elétrons e reduz. Mas veja bem, uma substância só oxida ou reduz, porque a outra ocasionou isso. Assim, dizemos que a espécie química que oxida, ou seja, a que forneceu os elétrons é o agente redutor, pois ela causou a redução da outra espécie química. Já a que reduz, ou seja, a que recebeu elétrons é o agente oxidante, pois causou a oxidação da outra espécie química. Certo? E tem mais. Essa perda de elétrons aumenta o NOX (agente redutor) da substância e o ganho de elétrons diminui o NOX (Agente oxidante). Mas que é o nox? É o número de oxidação das substâncias envolvidas em uma reação química, ou seja, é a carga elétrica que o átomo adquire ao perder ou ganhar elétrons. Agora vamos entender como ocorrem os fenômenos eletroquímicos. Eles podem acontecer de duas formas: Lembra quando disse que a eletroquímica estuda o fenômeno da transferência de elétrons para a transformação de energia química em energia elétrica e vice-versa?

3 Então, por essa razão ela é dividida em duas partes: pilhas e baterias e a eletrólise. PILHAS E BATERIAS Nas pilhas e baterias, ocorre a conversão da energia química em elétrica através de reações químicas de oxirredução espontâneas para a geração de eletricidade. As pilhas são compostas por dois eletrodos: - Cátodo: pólo positivo (ocorre a redução) - Ânodo: pólo negativo (ocorre oxidação) Abaixo a estrutura de uma pilha:

4 Agora, vamos ver o esquema para entender melhor o funcionamento de uma pilha: Mas enquanto as pilhas possuem somente dois eletrodos, as baterias possuem vários, o que aumenta a sua voltagem. Estas são formadas por várias pilhas conectadas em série ou em paralelo. É, gás nobre, olha a revolução que as pilhas e baterias trouxeram para nossa sociedade. Agora temos energia elétrica disponível em qualquer lugar e a qualquer momento! Agora, no esquema ali de cima, nós fizemos uma pilha entre dois metais o Zn e o Cu, e observamos que o Zinco oxidou e o Cobre reduziu. É importante você saber que "quaisquer dois metais diferentes podem formar uma pilha", mas daí vem a pergunta: Como saber qual metal vai oxidar e qual metal vai reduzir? Para isso nós usamos uma medida chamada de Potencial Padrão (Eº)

5 POTENCIAL PADRÃO (Eº) O potencial é o que faz os elétrons migrarem do ânodo para o cátodo. Como dois metais diferentes possuem potenciais diferentes, surge entre eles uma diferença de potencial. A diferença de potencial proporciona uma força motriz que impele os elétrons através do circuito externo. Essa diferença de potencial é a força eletromotriz, ou simplesmente fem. Como a diferença de potencial na pilha Epilha é medida em volts, é comum falar de voltagem da pilha. Os potenciais padrão pode ser de redução ou de oxidação: - Potencial de redução: Eºred - Potencial de oxidação: Eºoxi Agora vamos responder nossa pergunta: Como saber qual metal vai oxidar e qual metal vai reduzir? Simples: Em uma pilha, a espécie química que apresenta maior Eº red sofre redução e a outra oxidação". Ou Em uma pilha, a espécie química que apresenta maior Eº oxi sofre oxidação e a outra redução". Portanto a primeira coisa que temos que identificar em uma semi reação é se ela é de redução ou oxidação:

6 Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e- Eº =? Reação de oxidação, pois os elétrons estão nos produtos (doa elétrons) e o nox do metal aumenta (Zn vai de 0 a +2). Portanto seu potencial é de oxidação. Cu 2+ (aq) + 2e- Cu (s) Eº =? Reação de redução, pois os elétrons estão nos reagentes (recebem elétrons) e o nox do metal diminui (Cu vai de +2 a zero). Portanto, seu potencial é de redução. Vamos ver como funciona na prática:

7 Questão 01 - (ENEM/2012) O boato de que os lacres das latas de alumínio teriam um alto valor comercial levou muitas pessoas a juntarem esse material na expectativa de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas fabricantes de alumínio esclarecem que isso não passa de uma lenda urbana, pois ao retirar o anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio. Como a liga do qual é feito o anel contém alto teor de magnésio, se ele não estiver junto com a lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio no forno. A tabela apresenta as semirreações e os valores de potencial padrão de redução de alguns metais: Disponível em: Acesso em: 28 fev (adaptado). Com base no texto e na tabela, que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem? a) Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução. b) Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução. c) Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio.

8 d) Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio. e) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio. RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS: Se o intuito é que o alumínio não oxide, ele deve reduzir. Para isso, é preciso que seu potencial de redução seja maior que o da outra espécie. Logo, os únicos que podem ser utilizados são potássio e lítio, por possuírem potencial de redução menor que o do alumínio. Letra E Para assistir a resolução do exercício clique no link:

9 ELETRÓLISE Na eletrólise ocorre a conversão de energia elétrica em energia química, ao contrário do que acontece nas pilhas e baterias. A energia elétrica é utilizada para forçar a ocorrência de uma reação química não espontânea através da neutralização das cargas dos íons e da formação de substâncias simples. A corrente elétrica proveniente de algum gerador (como uma pilha ou uma bateria) passa por um líquido iônico. Se esse líquido for uma substância fundida, dizemos que é uma eletrólise ígnea. Mas se for uma solução aquosa, que contém íons, então temos uma eletrólise em meio aquoso. Desse modo, o cátion presente no líquido ou na solução recebe elétrons, e o ânion doa elétrons, para que ambos fiquem com carga elétrica igual a zero e com energia química acumulada. A eletrólise é usada para a produção de substâncias que não são encontradas na natureza. O gás cloro, por exemplo, é produzido na eletrólise ígnea do cloreto de sódio. Já na eletrólise aquosa do cloreto de sódio, além da produção do cloro, também se obtém o gás hidrogênio que é usado como combustível. Isso não é incrível? Ela também é usada para a produção de metais, como o alumínio. Vimos então gás nobre, que a eletroquímica é muito importante e é umas das razões de termos acesso a tanta tecnologia. Mas não podemos esquecer dos aspectos ambientais, relacionados ao descarte inadequado dessas pilhas e baterias. Isso pode prejudicar e muito o meio ambiente devido a presença de metais pesados. Vamos ver mais alguns exercícios?

10 Questão 02 - (ENEM/2009) Para que apresente condutividade elétrica adequada a muitas aplicações, o cobre bruto obtido por métodos térmicos é purificado eletroliticamente. Nesse processo, o cobre bruto impuro constitui o ânodo da célula, que está imerso em uma solução de CuSO4. À medida que o cobre impuro é oxidado no ânodo, íons Cu2+ da solução são depositados na forma pura no cátodo. Quanto às impurezas metálicas, algumas são oxidadas, passando à solução, enquanto outras simplesmente se desprendem do ânodo e se sedimentam abaixo dele. As impurezas sedimentadas são posteriormente processadas, e sua comercialização gera receita que ajuda a cobrir os custos do processo. A série eletroquímica a seguir lista o cobre e alguns metais presentes como impurezas no cobre bruto de acordo com suas forças redutoras relativas. Entre as impurezas metálicas que constam na série apresentada, as que se sedimentam abaixo do ânodo de cobre são: a) Au, Pt, Ag, Zn, Ni e Pb. b) Au, Pt e Ag. c) Zn, Ni e Pb. d) Au e Zn. e) Ag e Pb

11 RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS : A força redutora é a tendência de um elemento sofrer oxidação, e assim provocar a redução em outra espécie química. Desta forma, as impurezas metálicas que se sedimentam abaixo do ânodo de cobre não devem sofrer oxidação, pois como disse o exercício, aquelas que são oxidadas passam à solução. Logo, para se desprender do ânodo e se sedimentar abaixo dele essas impurezas não devem oxidar. Os metais que possuem menor forma redutora que o cobre, ou seja, os que menos oxidam são: ouro, platina e prata. Letra B Para assistir a resolução do exercício clique no link:

12 Questão 03 - (ENEM/2012) Alimentos em conserva são frequentemente armazenados em latas metálicas seladas, fabricadas com um material chamado folha de flandres, que consiste de uma chapa de aço revestida com uma fina camada de estanho, metal brilhante e de difícil oxidação. É comum que a superfície interna seja ainda revestida por uma camada de verniz à base de epóxi, embora também existam latas sem esse revestimento, apresentando uma camada de estanho mais espessa. Comprar uma lata de conserva amassada no supermercado é desaconselhável porque o amassado pode: a) alterar a pressão no interior da lata, promovendo a degradação acelerada do alimento. b) romper a camada de estanho, permitindo a corrosão do ferro e alterações do alimento. c) prejudicar o apelo visual da embalagem, apesar de não afetar as propriedades do alimento. d) romper a camada de verniz, fazendo com que o metal tóxico estanho contamine o alimento. e) desprender camadas de verniz, que se dissolverão no meio aquoso, contaminando o alimento

13 RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS : O estanho é um metal que apresenta difícil oxidação. Sendo assim, ele é usado para proteger o ferro presente na chapa de aço, de uma possível oxidação, visto que ele se oxida facilmente. Caso a lata esteja amassada, o estanho pode ser rompido e o ferro poderá entrar em contato com o alimento da conserva, permitindo a corrosão desse metal e alterando o alimento. O estanho reduz e o ferro oxida. Letra B Para assistir a resolução do exercício clique no link: