Construo de uma pilha com voltagem especfica

Escola secundria/3 Quinta das Palmeiras

Relatrio feito por:

Cristiana Pais n

Joana Soares n

Luclia Carvalho n23

12A Professor Vtor Pinto

2014/2015

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Introduo terica

A eletroqumica, um dos ramos de estudo da qumica, capaz de responder questo: O que uma

pilha eletroqumica?.

As pilhas eletroqumicas, tambm designadas de clulas galvnicas podem ser definidas como

dispositivos capazes de transformar energia qumica em energia eltrica por meio de reaes espontneas de

oxidao-reduo. Sendo o fundamento de uma pilha electroqumica separar as semirreaes de oxidao e de

reduo, de modo que os electres circulem externamente atravs de um fio condutor.

Uma reaco de oxiadao-reduo uma reaco em que h transferncia total ou parcial de

eletres, como se verifica pela variao dos nmeros de oxidao. Uma reao de oxidao-reduo

constituda por duas semirreaes simultneas: a semirreao de oxidao e a semirreao de reduo. Sendo

por isto a passagem de corrente eltrica na pilha assegurada pelo fluxo de eletres. Esse fluxo de eletres

processa-se do nodo (polo negativo) para o ctodo (polo positivo).

Portanto, numa pilha ocorrero sempre reaes de oxidao-reduo e ela ter os seguintes

componentes:

Duas lminas metlicas que tm o nome de elctrodos, sendo um o polo negativo da pilha onde ocorre

a semirreao de oxidao (nodo) e o outro polo positivo da pilha onde ocorre a semirreao de

reduo (ctodo).

Duas solues condutoras (solues eletrolticas) com determinada concentrao (eletrlitos).

Um fio condutor que une exteriormente os dois eletrdos.

Uma ponte salina, constituda por um tudo de vidro em U cheio de uma soluo gelatinosa de agar-

agar concentrada com uma soluo condutora, tm como funo de manter a eletroneutralidade do

electrlito.

Os ies das solues eletrolticas e da ponte salina podem migrar entre elas atravs da soluo

contida na ponte salina.

As pilhas podem ser representadas pelo diagrama de pilha:

nodo | Catio metlico Ponte salina Catio metlico | Ctodo

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Exemplo:

A fora eletromtriz da pilha pode ser entendida como a diferena de potencial produzida entre os dois

elctrodos:

A equao de Nernst relacionar a f.e.m. de uma pilha com a concentrao dos ies e a presso dos gases,

diferentes do estado padro, e com os potenciais normais ou padro dos elctrodos.

Quando se atinge o equilbrio da reaco de oxidao-reduo em que a pilha se baseia, esta deixa de

funcionar: a pilha esgota-se.

Zn (s) | Zn2+

(aq) || Cu2+

(aq) | Cu (s)

Os dois traos verticais representam

a ponte salina que separa as duas

semi-clulas. O trao vertical indica a

interface entre o zinco e o

electrlito.

O trao vertical

indica a interface

entre o cobre e o

electrlito.

O trao vertical indica a

interface entre o cobre e o

electrlito.

Representa o nodo, em que o Zn2+

(aq) o

oxidante / electrlito, e o Zn o elctrodo/

redutor.

Representa o Ctodo, em que o Cu2+

(aq) o

oxidante / electrlito, e o Cu o elctrodo/

redutor.

Eo

pilha = p.n.r. ctodo p.n.r. nodo

Epilha = Eo _ log Q 0,059

n

Quociente de reao

n de electres

transferidos na reao

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Material:

Placa de Zinco

Placa de cobre

Globels

Sulfato de Zinco ( ZnSO4- 0,30mol.dm-3)

Sulfato de Cobre ( CuSO4-0,012mol.dm-3)

Algodo

NaCl

gua (H2O)

Vareta de Vidro

Voltmetro

Esptulas

Bales Volumtricos

Lixa

Tubo flexvel

Pipeta

Crocodilos

Procedimento:

Usaram-se a soluo aquosas: sulfato de cobreII (CuSO4)aq e sulfato de Zn (ZnSO4)aq, de

igual concentrao 0,30 mol.dm-3.

Da soluo inicial de sulfato de Zinco retiram-se 50 mL para um gobel, enquanto que a

partir da soluo me de sulfato de cobre, preparou-se uma soluo diluda com fator diluio

25.

Mediu-se um volume de 4 mL transferindo-o para um balo volumtrico de 100 mL.

Adiciona-se gua destilada, homogeneizou-se a soluo e aferiu-se at ao menisco.

Desta soluo retirou-se cerca de 50 mL para o segundo gobel.

Preparou-se a ponte de salina , usando um tubo flexvel, ao dar-lhe a forma de U, invertido,

contendo uma soluo salina, (soluo aquosa de cloreto de sdio (KCl) previamente preparada

pelo professor) e tamponando-se com algodo nas extremidades. A ponte salina tm como

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cf

funo fechar o circuito atravs das solues nos dois gobels, assim como, manter a

eletroneutralidade, permitindo a transferncia de ies. Inseriu-se a cada uma das extremidades

da ponte salina, em cada um dos gobels anteriormente preparados.

As placas dos metais de zinco e de cobre-eltrodos- foram previamente lixados a lavados

com gua destilada, de modo a retirar das suas superfcies impurezas ou quaisquer xidos,

para no intervir nas reaces redox.

Estas placas foram introduzidas nos gobels das respectivas solues aquosas e ligadas

atravs dos crocodilos com fio condutor.

Em paralelo, foi colocado, no circuito um voltmetro digital, cuja escala 200 mV e a menor

diviso 0,001 mV.

Tratamento de dados:

Fator de diluio: ci

Fator diluio: 25

V(CuSO4)i= 40 mL = 4,0 x 10-2 dm3

V(gua adicionada)= 0,1 -4,0 x 10-2 = 0,6 dm3

Representao esquemtica da clula

Zn (s) Zn2+ (aq) 0,30 mol.dm-3 Cu2+ (aq) 0,012 mol.dm-3 Cu (s)

ci = 0,30 mol.dm3

25 = 0,3

cf

Cf (CuSO4) = 0,3

25

Cf (CuSO4) = 0,012 mol.dm-3

Legenda: 1- Ponte Salina (Contm uma soluo aquosa de

NaCl);

2- Soluo aquosa de sulfato de Zinco;

3-Soluo aquosa de Sulfato de Cobre;

4- Voltmetro;

5- Fios condutores com crocodilos

1

3

2

4

5

6

Semi-equao de oxidao Semi-equao de reduo

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e- Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s)

Equao global da pilha

Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s)

Equao de Nerst

Objetivo: Determinao do valor terico da diferena de potencial da pilha Daniell

1 Determinao do quociente de reaco da reaco:

Q =

Q =

Q = 25

2 Usando a equao de Nernst

Epilha = 1,10 _ log 25

Epilha = 1,059 V

0,300

[Zn2+]e

Epilha (voltmetro) = 1,057

Valor obtido

Eo = Eoctodo - Eonodo

Eo= 0,34 (- 0,76) = 1,10 V

Valor terico

Epilha = Eo _ log Q

0,059

n

Legenda:

n = 2

Eo valor de potencial padro de

uma pilha

[Cu2+] = 0,012 mol.dm-3

[Zn2+] = 0,30 mol.dm-3

[Cu2+]e

0,012

0,059

2

7

Grfico da fora eletrometriz da pilha em funo do log Q

Pela tabela 1 podemos, ainda verificar que a concentrao dos ies a um fator referente no

valor Eo, ou seja, quanto menor for o Q maior o valor da fora eletrometriz da pilha ( E ), isto

, quanto menos extensa for a reaco, maior o valor. Isto os de menores concentraes

so os que podem sofrer mais alteraes, ao contrrio, dos que tm maiores concentraes

so os que sofrem menos alteraes.

[Cu2+] mol.dm-3 [Zn2+] mol.dm-3 Q Eregistado Eo

terico

0,30 0,30 1,00 1,095 1,100

0,012 0,012 1,00 1,071 1,100

0,30 0,012 0,04 1,057 1,141

0,012 0,30 25,00 1,130 1,059

Tabela 1

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Discusso concluso e crtica

Era esperado criar-se uma clula de qumica com uma diferena de potencial de 1,10 V o que

no aconteceu.

Segundo as clulas tericas, a diferena de potencial (d.d.p.) de 1,10 V, valor que no foi

conseguido devidamente possivelmente a:

poder de material (imperfeio do voltmetro);

mau estado das pinas (crocodilos) que no permitiram um bom contacto entre

o fio condutor e o elctrodo, pelo que o valor da diferena de potencial registado pelo

voltmetro, no foi o correto;

a temperatura ambiente, tambm um fator determinante no resultado obtido.

Uma vez que a actividade laboratorial dever ter sido realizada a uma T ~ 25 C o que

no se verificou;

existncia de bolhas de ar na ponte salina e no promover o contacto

deviamente;

mau manuseamento do material e das solues.