eletroquímica : pilhas eletrólise

ELETROQUÍMICA:PILHASELETRÓLISE

PROFª JULIANA

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 KCl 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+ + CuREAÇÃO 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

CÁTODOPonte 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 (E) de uma pillha, e depende das

espécies químicas envolvidas, das suas concentrações e da

temperatura.

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

Cálculo do E da Pilha

E = E0 redução - E0 redução

maior menor

E = E0 oxidação - E0 oxidação

maior menor

ou

E > 0 processo espontâneoE < 0 processo não espontâneo

Medição dos PotenciaisEletrodo 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 PotenciaisExemplo 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 + Cl22 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

Aplicando nossa aula1 – 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.

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 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.

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 E 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 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)

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 E da pilha.

E = E0redução - E0

redução

maior menor

E = E0Ni - E0

Cr

E = + 0,17 V

E = - 0,24 - (-0,41)