ELETROQUÍMICA:

PILHAS ELETRÓLISE

Profa. Adélia Química Aplicada

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

CONSTITUIÇÃO DAS PILHAS

¨  ELETRODOS

¤  metal ¤  solução do metal

¨  FIO CONDUTOR DE

ELÉTRONS

•  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

KNO3 eletrólito forte)

MONTANDO UMA PILHA (PILHA DE DANIELL - 1836)

e- → e- → e- →

"   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 -

Reações das Pilhas

e- → e- → e- → e- →

Semi-reação de oxidação (perde e-)

Semi-reação de redução (ganha e-)

Zn + Cu2+ ⇒ Zn2+ + Cu REAÇÃO GLOBAL DA PILHA

Sentido dos

e-

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

CÁTODO Ponte salina

Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu

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 (ΔE) de uma pillha, e depende das

espécies químicas envolvidas, das suas concentrações e da

temperatura.

POTENCIAL DO ELETRODO

Potencial normal (ou Padrão) do Eletrodo " Símbolo = E0

" Unidade = volt (V)

Conceito: é a grandeza que mede a capacidade que o eletrodo possui de sofrer oxi-redução nas condições padrão

Condição Padrão " Concentração da solução: 1 mol/L; " Pressão: 1 atm " Temperatura: 25o.C

Cálculo do ΔE da Pilha

ΔE = E0 redução - E0 redução

maior menor

ΔE = E0 oxidação - E0 oxidação

maior menor

ou

ΔE > 0 processo espontâneo ΔE < 0 processo não espontâneo

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

Medição dos Potenciais

Exemplo com Zinco

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

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

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.

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

ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA

•  Utiliza água como solvente.

•  Ocorre competição de íons.

ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA

X 2

ESTEQUIOMETRIA DA ELETRÓLISE

ESTEQUIOMETRIA DA ELETRÓLISE

J 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 ΔE da pilha de Alumínio com o metal M

escolhido no item a.

c) Indique o metal com maior caráter oxidante na tabela dada.

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

b) Calcule o ΔE da pilha de Alumínio com o metal M

escolhido no item a.

ΔE = E0redução - E0

redução maior menor

ΔE = E0Al - E0

Mg

ΔE = + 0,70 V

ΔE = -1,66 - (-2,36)

OBS: toda pilha é um processo espontâneo de transferência de

elétrons e portanto seu ΔE e sempre positivo.

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

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 ΔE da pilha.

e) Escreva a notação oficial da pilha.

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

d) Calcule o ΔE da pilha.

Maior potencial de redução

Menor potencial de redução

ΔE = E0redução - E0

redução maior menor

ΔE = E0Ag - E0

Pb

ΔE = + 0,92 V

ΔE = + 0,79 - (-0,13)

e) Escreva a notação oficial da pilha.

Pb0/Pb2+ // Ag+/Ag0

Pólo –

Oxidação

ÂNODO

Pólo +

Redução

CÁTODO

Ponte salina

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

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 ΔE da pilha.

ΔE = E0redução - E0

redução maior menor

ΔE = E0Ni - E0

Cr

ΔE = + 0,17 V

ΔE = - 0,24 - (-0,41)