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ELETROQUÍMICA:PILHASELETRÓLISE
PROFª JULIANA
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HISTÓRICO 1800 – ALESSANDRO VOLTA
Ele empilhou pequenos discos de zinco e cobre, separando-os com pedaços de um material poroso (feltro) embebidos em uma solução aquosa de H2SO4 (boa condutora).
ENERGIA PILHA ENERGIA QUÍMICA ELÉTRICA ELETRÓLISE
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CONSTITUIÇÃO DAS PILHAS
ELETRODOS
metal solução do metal
FIO CONDUTOR DE ELÉTRONS
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• PONTE SALINA OU PLACA POROSA
Finalidade: Permitir o escoamento de íons de uma semicela para outra, de modo que cada solução permaneça sempre eletricamente neutra.
Ponte Salina: Solução de água
e sal.
No caso da pilha de Daniell
(solução de KCl eletrólito forte)
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MONTANDO UMA PILHA(PILHA DE DANIELL - 1836)
e- → e- → e- →
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Desgaste da placa (corrosão)
Oxidação do metal ( Zn/Zn2+)
ÂNODO
Polo negativo ( - )
Concentra a solução pela oxidação do metal a íon
POA
Aumento de massa da placa
Redução do íon (Cu2+/Cu)
CÁTODO
Polo positivo ( + )
Diluição da solução pela redução do íon da solução
RREC
CÁTODO
Polo +
ÂNODO
Polo -
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Reações das Pilhas
e- →e- → e- →e- →
Semi-reação de oxidação (perde e-)
Semi-reação de redução (ganha e-)
Zn + Cu2+ ⇒ Zn2+ + CuREAÇÃO GLOBAL DA PILHA
Sentido dos
e-
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REPRESENTAÇÃO SIMPLIFICADA
Obs.: O sentido da corrente elétrica é o inverso do caminho percorrido pelos elétrons.
A0/A+ // B+/B0
Pólo –
Oxidação
ÂNODO
Pólo +
Redução
CÁTODOPonte salina
Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu
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POTENCIAL DE UMA PILHA
O Potencial de um pilha é medido experimentalmente por um
aparelho denominado VOLTIMETRO, cujo objetivo é
medir a força eletromotriz (fem ou E) da pilha.
O valor indicado pelo voltímetro, em volts (V), corresponde a
diferença de potencial ou ddp (∆E) de uma pillha, e depende das
espécies químicas envolvidas, das suas concentrações e da
temperatura.
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POTENCIAL DO ELETRODO
Potencial normal (ou Padrão) do EletrodoSímbolo = E0
Unidade = volt (V)
Conceito: é a grandeza que mede a capacidade que o eletrodo possui de sofrer oxi-redução nas condições
padrão
Condição PadrãoConcentração da solução: 1 mol/L;Pressão: 1 atmTemperatura: 25o.C
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Cálculo do ∆E da Pilha
∆E = E0 redução - E0 redução
maior menor
∆E = E0 oxidação - E0 oxidação
maior menor
ou
∆E > 0 processo espontâneo
∆E < 0 processo não espontâneo
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Medição dos Potenciais
Eletrodo Padrão
Por convenção foi escolhido o eletrodo de hidrogênio H2 / 2H+ como eletrodo padrão.
Esse eletrodo possui potencial de oxidação e/ou redução igual a ZERO
H2 ⇒ 2H+ + 2e E0 = 0,00 V
2H+ + 2e ⇒ H2 E0 = 0,00 V
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Medição dos Potenciais
Exemplo com Zinco
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Quanto menor o
potencial de redução
(mais negativo),
maior a capacidade
de sofrer OXIDAÇÃO
Quanto maior o
potencial de redução
(mais positivo), maior a
capacidade de sofrer
REDUÇÃO
Aumenta o caráter
OXIDANTE
Aumenta o caráter
REDUTOR
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ELETRODO DE SACRIFÌCIO
Placas de zinco são periodicamente grudadas ao casco dos navios, pois atuam
como eletrodos de sacrifício, se oxidando no lugar do ferro.
Zn2+ + 2e ⇒ Zn E0 = - 0,76 V
Fe2+ + 2e ⇒ Fe E0 = - 0,44 V
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ELETRÓLISE
• Reação de oxirredução provocada pela corrente elétrico
• Um gerador elétrico fornece energia ao processo.
• O fluxo de elétrons é do polo positivo para o negativo.
• ELETRÓLITOS: substâncias ou misturas que contenham íons livres.
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ELETRÓLISE ÍGNEA
• Ocorre com substâncias iônicas fundidas (estado líquido)
Ex: aquecer NaCl a 800 ºC
NaCl ⇒ Na+ + Cl-
2 Cl- ⇒ 2e + Cl2
2 Na+ + 2e ⇒ 2 Na
2 Na+ + 2 Cl- ⇒ 2 Na + Cl2
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ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA
• Utiliza água como solvente.
• Ocorre competição de íons.
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ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA
X 2
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ESTEQUIOMETRIA DA ELETRÓLISE
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ESTEQUIOMETRIA DA ELETRÓLISE
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Aplicando nossa aula
1 – Considerando a pilha esquematizada abaixo, indique:
a) O metal M, que combinado com o eletrodo de alumínio
funcione como ânodo da pilha.
b) Calcule o ∆E da pilha de Alumínio com o metal M
escolhido no item a.
c) Indique o metal com maior caráter oxidante na tabela dada.
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a) O metal M, que combinado com o eletrodo de alumínio
funcione como ânodo da pilha.
RESOLUÇÃO:
O Potencial de redução do alumínio é = -1,66 V;
O metal M para atuar como ânodo deverá sofrer OXIDAÇÃO e deverá, portanto possuir MENOR potencial de REDUÇÃO que o Alumínio.
O único metal com potencial de redução menor que o Alumínio é o MAGNÉSIO = -2,36 V
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b) Calcule o ∆E da pilha de Alumínio com o metal M
escolhido no item a.
∆E = E0redução - E0
redução
maior menor
∆E = E0Al - E0
Mg
∆E = + 0,70 V
∆E = -1,66 - (-2,36)
OBS: toda pilha é um processo espontâneo de transferência de
elétrons e portanto seu ∆E e sempre positivo.
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c) Indique o metal com maior caráter oxidante na tabela dada.
Maior caráter OXIDANTE, significa, maior capacidade
de sofrer REDUÇÃO;
Na tabela ao lado o metal com maior poder de redução
é a PRATA = + 0,80 V
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2 – Observe a pilha abaixo e indique:
a) O ânodo da pilha.
b) O pólo positivo da
pilha.
c) O eletrodo que sofre oxidação.
d) Calcule o ∆E da pilha.
e) Escreva a notação oficial da pilha.
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RESOLUÇÃO
a) O ânodo da pilha.
b) O pólo positivo da pilha.
c) O eletrodo que sofre oxidação.
Sofre oxidação
ÂNODO
Pólo Negativo
Sofre redução
CÁTODO
Pólo Positivo
MENOR POTENCIAL DE REDUÇÃO
MAIOR POTENCIAL DE REDUÇÃO
Eletrodo de chumbo
Eletrodo de Prata
Eletrodo de Chumbo
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d) Calcule o ∆E da pilha.
Maior potencial de redução
Menor potencial de redução
∆E = E0redução - E0
redução
maior menor
∆E = E0Ag - E0
Pb
∆E = + 0,92 V
∆E = + 0,79 - (-0,13)
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e) Escreva a notação oficial da pilha.
Pb0/Pb2+ // Ag+/Ag0
Pólo –
Oxidação
ÂNODO
Pólo +
Redução
CÁTODO
Ponte salina
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3 – Considere a notação oficial da pilha e responda as questões:
Cr/Cr3+ // Ni2+/Ni
a) O pólo negativo da pilha.
b) O cátodo da pilha.
c) Escreva as semi-reações da pilha e a reação global da pilha.
Dados: E0 red a 25o.C e soluções 1mol/L
Cr3+ + 3e- → Cr E0 = -0,41 V
Ni2+ + 2e- → Ni E0 = -0,24 V
Menor potencial de redução (sofre oxidação)
Maior potencial de redução (sofre redução)
Eletrodo onde ocorre oxidação - Cr
Eletrodo onde ocorre redução - Ni
2Cr → 2Cr3+ + 6e- (x2) semi-reação de oxidação
semi-reação de redução 3Ni2+ + 6e- → 3Ni (x3)
REAÇÃO GLOBAL: 2 Cr + 3Ni2+ → 2 Cr3+ + 3Ni
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Cr/Cr3+ // Ni2+/Ni
Dados: E0 red a 25o.C e soluções 1mol/L
Cr3+ + 3e- → Cr E0 = -0,41 V
Ni2+ + 2e- → Ni E0 = -0,24 V
d) Calcule o ∆E da pilha.
∆E = E0redução - E0
redução
maior menor
∆E = E0Ni - E0
Cr
∆E = + 0,17 V
∆E = - 0,24 - (-0,41)