aula de eletroquimica ii

5/11/2018 Aula de Eletroquimica II - slidepdf.com

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Números de Oxidação – Regras

•Substâncias simples: nox do elemento é zero .

•Íon simples: nox do elemento é a própria carga do íon.

•Substâncias compostas: a somatória dos nox de todos os átomos é zero .

•Íons compostos: a somatória dos nox de todos os átomos é igual à carga do íon .

Números de Oxidação

•H: +1. Exceção: hidretos metálicos (-1).

•Metais alcalinos: +1. Metais alcalino-terrosos: +2.

•Halogênios: -1. Exceto quando combinados com oxigênio ou outro halogênio mais eletronegativo.

•F: -1.

•O: -2. Exceções: compostos com flúor; peróxidos (O22-), superóxidos (O2

-) e ozonídeos (O3-).

ELETROQUÍMICA

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Células Eletroquímicas

célula galvânica - Dispositivos em que uma reação química espontânea produz

energia elétrica

cuba eletrolítica - a energia elétrica é usada para forçar a ocorrência de uma reaçãoquímica não espontânea

Estrutura das células galvânicasUma célula precisa ter : eletrodos- meio de transporte de elétrons (sólido)eletrólito – meio de transporte de íons.

As reações com transferência de elétrons ocorrem nas superfícies doseletrodos.

Onde ocorre a reação de oxidação : anodoOnde ocorre a reação de redução : catodo

Exemplo:

Zn(s) + Cu2+

(aq)

Zn2+

(aq) + Cu(s) 2



Célula de Daniell

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Potencial de célula, E

•Informalmente, pode serdenominado de “voltagem”.

•Unidade SI: volt ,

•1 V = 1 J C-1

ou 1.V.C = 1J (definição: uma carga igual a um coulomb atravessando uma diferença de potencial igual a um volt libera um joule de energia)•

• 1 C = 1 A s (definição: um coulomb é a carga liberada por uma corrente de um ampere fluindo durante um segundo.)

•É a diferença entre o potencial devido ao ânodo e o potencial devido ao cátodo.

É a medida da capacidade que a célula tem de forçar elétrons num circuito, por meiode reação química.

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Medição de potencial de célula

Realizada por uso de voltímetro :

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Potenciais padrão de eletrodo a 25 °C

Eletrodo de referência: EPH – eletrodo padrão de hidrogênio: E°= zeroH2 (g) 2 H+(aq) + 2 e-

Potenciais padrão deeletrodo a 25 °CMedidas realizadas com o EPH:

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Potencial de célula e energia livre de reaçãoEnergia livre de reação : é o trabalho máximo sem expansão que uma reação pode

realizar em pressão e temperatura constantes:

G = We.

Trabalho sem expansão é qualquer trabalho que não resulte em mudança de volume.

Energia livre de reação: We = -n.e.NA.E

n = quantidade de elétrons

e = carga do elétron

NA = constante de Avogadro

E = potencial

Constante de Faraday: F = e. NA

F = 1,602177.10-19 C . 6,0221.1023 mol-1

F = 9,6485.104 C mol-1

We = -n.F.E

Energia livre de reação:

G = -nFE 7



Equação que relaciona informações termodinâmicas cominformações eletroquímicas.

Se o potencial da célula é positivo (E > 0), a energia livre de reação é negativa (G <0),

e a reação da célula tem a tendência espontânea de formar produtos.

Força eletromotriz (fem)

É o potencial da célula medido por um voltímetro de alta resistência (não retira corrente

para medir o potencial).

Estado padrãoGases : pressão de 1 barÍons : concentração de 1 mol L-1

Nestas condições, temos: E°

: fem padrão da célulaG°: energia livre padrão.

Energia livre de reação: G = -nFE

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Exercício

Calcular a energia livre de reação para uma célula de cobre e zinco em que a fem é

igual a 1,10 V.

Resolução

G = -n.F.E

G = -2 . (9,6485.104 C mol-1) . 1,10 V

G = -2,12.105 C V mol-1

G = -2,12.105 J mol-1

G = -2,12.102 kJ mol-1

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ExercícioA reação que ocorre em uma célula nicad é

Cd(s) + 2 Ni(OH)3(s) Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s)

e a fem da célula completamente carregada é 1,25 V. Qual é a energia livre da reação?

Nota estequiométrica

Quando multiplicamos uma equação por 2, por exemplo, o valor de n, na equação G =

-nFE muda. Logo, a energia livre da reação é duplicada; entretanto, o valor do potencial

da célula permanece inalterado.

Consequência: o tamanho da célula não interfere no seu potencial.

Resposta: -241 kJ mol-1

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Notação das célulasDiagrama de célula: convenção da IUPAC.

Exemplo: para a célula de Daniell : Zn(s)|Zn2+(aq)||Cu2+

(aq)|Cu(s)

Eletrodo que está à esquerda: anodo, onde ocorre oxidação.

Eletrodo que está à direita: catodo, onde ocorre a redução.

Exemplo: Zn(s)|Zn2+(aq)||Cu2+

(aq)|Cu(s) corresponde às semi-reações:

Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e-

Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s)

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Notação das células

Componentes metálicos inertes dos eletrodos são escritos mais externamente.

Ex: Pt(s)|H2 (g)|H+

(aq) ou H+(aq)|H2 (g)|Pt(s)

Eletrodo formado por fio de platina mergulhado em solução de Fe2+ e Fe3+ é descrito

como:

Fe3+(aq),Fe2+

(aq)|Pt ou Pt(s)|Fe2+(aq),Fe3+

(aq)

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Exercícios

1. Escreva o diagrama de uma célula que tem um eletrodo de hidrogênio à esquerda e

um eletrodo de ferro(II)-ferro(III) à direita. Os dois compartimentos de eletrodos estão

ligados por uma ponte salina. Resposta: Pt(s)|H2 (g)|H+

(aq)||Fe3+(aq),Fe2+

(aq)|Pt(s)

2. Escrever a reação da célula Pt(s)|H2 (g)|HCl(aq) ||Hg2Cl2(s)|Hg(l)

Resposta: Semi-reação de oxidação (anodo): H2 (g) 2 H+

(aq) + 2 e-

Semi-reação de redução (catodo): Hg2Cl2 (s) + 2 e- 2 Hg(l) + 2 Cl-(aq)Reação redox: Hg2Cl2 (s) + H2 (g) 2 Hg(l) + 2 H+

(aq) + 2 Cl-(aq)

3. a) Escreva a equação química da reação que corresponde à célula

Pt(s)|H2(g)|H+

(aq)||Co3+(aq),Co2+

(aq)|Pt(s)

b) Sabendo que a fem da célula é positiva, será que a reação da célula é espontâneatal como ela está escrita?

Respostas: a) Anodo (oxidação): H2(g) 2 H+(aq) + 2 e-

Catodo (redução): Co3+(aq) + e- Co2+

(aq)

Redox: H2(g) + 2 Co3+

(aq)

2 H+

(aq) + 2 Co2+

(aq)b) Sim 13



Potenciais padrão de eletrodoExemplo: no caso da célula Fe(s)|Fe2+

(aq)||Ag+(aq)|Ag(s) que corresponde a

Fe(s) Fe2+(aq) + 2 e-

Ag+(aq) + e- Ag(s)

pode-se escrever:

E° =+0 ,80V – (- 0,44 V) = +1,24 V

E°= E°(eletrodo a direita do diagrama) – E° (eletrodo da esquerda do diagrama)

E° = E°D – E°E

Neste caso, como E° é um valor positivo, a reação como é descrita é espontânea.

Se encontrarmos E°<0 é porque a reação inversa é a espontânea.

Quanto mais positivo for o potencial, maior será o seu poder de puxar elétrons da

semi-reação de redução e, portanto, maior o poder de oxidação do par redox.14



Exercícios

4. O potencial padrão de um eletrodo de zinco é -0,76 V e a fem padrão da célula

Zn(s)|Zn2+

(aq)||Sn4+

(aq),Sn2+

(aq)|Pt(s) é +0,91 V.Qual é o potencial padrão do eletrodo Sn4+ /Sn2+ ?

5. Célula constituída por eletrodos de prata e de cobre, imersos respectivamente

em soluções aquosas de íons prata, Ag+

e de cobre (II), Cu2+

:•Quem se reduz? Qual é a semi-reação de redução?

•Quem se oxida? Qual é a semi-reação de oxidação?

•Qual é a reação global do processo?

•Quem é agente oxidante?•Quem é agente redutor?

•Qual é o valor do potencial da célula, nas condições padrão?

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