aula 12 eletroquimica

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Eletroquímica Eletroquímica QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA GERAL QUÍMICA GERAL

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aula de quimica

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  • EletroqumicaEletroqumica

    QUMICAQUMICA

    QUMICA GERALQUMICA GERAL

  • Lei da conservao de massa: a quantidade de cada elemento presente no incio da reao deve estar presente no final.

    Conservao da carga: os eltrons no so perdidos em uma reao qumica, ou seja, os eltrons recebidos e doados devem estar balanceados.

    Semi-reaes As semi-reaes so um meio conveniente de separar reaes de

    oxidao e de reduo.

    Balanceamento de equaesBalanceamento de equaesde oxirreduode oxirreduo

  • Semi-reaes As semi-reaes para

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

    Zn(s) Zn2+(aq) +2e- (oxidao agente redutor)Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) (reduo agente oxidante)

    Oxidao: os eltrons so produtos. Reduo: os eltrons so reagentes. Na reao redox como um todo o nmero de eltrons perdidos na

    semi-reo de oxidao deve ser igual ao nmero de eltrons ganhos na semi-reao de reduo.

    equaesequaesde oxirreduode oxirreduo

  • Semi-reaes As semi-reaes para

    Sn2+(aq) + Fe3+(aq) Sn4+(aq) + Fe3+(aq)so

    Sn2+(aq) Sn4+(aq) +2e-

    Fe3+(aq) + 1e- Fe2+(aq) (x2)

    Equao balanceada: Sn2+(aq) + 2Fe3+(aq) Sn4+(aq) + 2Fe3+(aq)

    Balanceamento de equaesBalanceamento de equaesde oxirreduode oxirreduo

  • Exemplos de Semi-reaes

    1) Ni(s) + Ce4+(aq) Ni2+(aq) + Ce3+(aq)

    2) Cl2(g) + I-(aq) Cl-(aq) + I2(s)

    3) Al3+(aq) + Ca(s) Al(s) + Ca2+(aq)

    Balanceamento de equaesBalanceamento de equaesde oxirreduode oxirreduo

  • A energia liberada em uma reao de oxi-reduo espontnea usada para executar trabalho eltrico.

    Clulas voltaicasClulas voltaicas

    Os ctions movimentam-se dentro do compartimento catdico para neutralizar o excesso de ons carregados negativamente.

    Os nions movimentam-se dentro do compartimento andico para neutralizar o excesso de cargas positivas formados pela oxidao.

  • Um exemplo mais antigo de pilha voltaica a pilha de Daniell

    Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) Durante a reao, o Zn(s) oxidado a Zn2+(aq) e o Cu2+(aq)

    reduzido a Cu(s).

    Ponte salina:NH4NO3 ou KCl.

  • A fora eletromotiva (fem) a fora necessria para empurrar os eltrons atravs do circuito externo. medido pelo um voltmetro.

    Potencial de clula: Ecel a fem de uma clula.

    Para a clula voltaica Zn-Cu, por exemplo, o pontecial da clula a 25 C 1,10 V.

    Zn(s) + Cu2+(aq, 1 mol/L) Zn2+(aq, 1 mol/L) + Cu(s) Ecel = + 1,10 V

    Fem de pilhasFem de pilhas

  • Potenciais-padro de reduo (semi-clula) A fem de uma clula a diferena entre dois potenciais de

    eletrodo, um associado ao catodo e o outro ao anodo:

    Por conveno, o potencial associado a cada eletrodo escolhido como o potencial para a reduo que ocorre naquele eletrodo.

    Os potenciais-padro do eletrodo so tabelados para as reaes de reduo; eles so os potenciais-padro de reduo,

    Fem de pilhasFem de pilhas

  • Ecel= +0,76 V

    Ecel = Ered(catodo) - Ered(anodo)0,76 V = 0 V - Ered(anodo)Conseqentemente, o Ered(anodo) = -0,76 V.Os potenciais padro de reduo devem ser escritos como as reaes de reduo:Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Ered = -0,76 V

  • Fem e variao de energia livre Podemos demonstrar que

    O G a variao da energia livre, n a quantidade de matria de eltrons transferidos, F a constante de Faraday e E a fem da clula.

    Podemos definir

    J que n e F so positivos, logo Para E < 0, processo no espontneo G > 0 Para E > 0, processo espontneo G < 0

    nFEG =

    J/Vmol 96,500Cmol 500,961 ==F

    Espontaneidade de Espontaneidade de reaes redoxreaes redox

  • Baterias ou pilhasBaterias ou pilhas

    Uma bateria um recipiente contendo uma fonte de fora eletroqumica com uma ou mais clulas voltaicas.

    Quando as clulas so conectadas em srie, maiores FEMs podem ser alcanadas.

    As pilhas podem ser: primrias: no so recarregveis,

    ex. Pilhas alcalinas de Zn e de Hg. Secundrias: recarregvel ou

    restaurada. Ex. Bateria de chumbo, bateria de nquel-cdmio, etc

  • O nodo dessa pilha consiste em zinco metlico em p imobilizado em um gel em contato com uma soluo concentrada de KOH (da o nome pilha alcalina).

    O ctodo uma mistura de MnO2(s) e grafite, separados do anodo por um tecido poroso.

    Baterias ou pilhasBaterias ou pilhas

    Pilhas alcalinas

    As reaes so complexas, mas aproximadamente representada:

    Anodo: Zn(s) + 2OH-(aq) Zn(OH)2(s) + 2e-

    Catodo: 2MnO2(s) + 2H2O(l) + 2e- 2MnO(OH)(s) + 2OH-(aq)

  • Uma bateria de carro de 12 V consiste de 6 pares de catodo/anodo, cada um produzindo 2 V.

    Catodo: PbO2 em uma grade de metal em cido sulfrico:

    PbO2(s) + SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e- PbSO4(s) + 2H2O(l)

    Anodo: Pb imerso em cido sulfrico:

    Pb(s) + SO42-(aq) PbSO4(s) + 2e-

    Baterias ou pilhasBaterias ou pilhasBateria de chumbo e cido

    Espaadores de madeira ou fibra de vidro so usados para evitar que os eletrodos se toquem.

  • A produo direta de eletricidade a partir de combustveis ocorre em uma clula de combustvel.

    Nos vos lua da Apollo a clula de combustvel H2-O2 era a fonte primria de eletricidade.

    Catodo: reduo de oxignio:2H2O(l) + O2(g) + 4e- 4OH-(aq)

    Anodo:2H2(g) + 4OH-(aq) 4H2O(l) + 4e-

    Clulas de combustvelClulas de combustvel

  • Corroso do ferro As reaes de corroso so reaes redox espontneas que produz

    um composto no-desejado. Uma vez que Ered(Fe2+) < Ered(O2), o ferro pode ser oxidado pelo

    oxignio. Ctodo: O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l). nodo: Fe(s) Fe2+(aq) + 2e-. O oxignio dissolvido em gua normalmente provoca a oxidao

    de ferro. O Fe2+ inicialmente formado pode ser ainda mais oxidado a Fe3+,

    que forma a ferrugem, Fe2O3. xH2O(s). A oxidao ocorre no local com a maior concentrao de O2.

    CorrosoCorroso

  • CorrosoCorroso

    Os tomos de ferro que perdem seus eltrons formam ons Fe2+, e dissolvem-se na gua vizinha. Esse processo resulta na formao de minsculos buracos na superfcie. Os ons Fe2+ so depois oxidado a Fe3+ pelo O2 dissolvidos. Esses ons precipitam como xido de ferro (III) hidratado, Fe2O3.H2O, a substncia marrom insolvel ( a ferrugem)

    Uma gota de gua na superfcie do ferro pode agir como o eletrlito para a corroso em uma pequena clula eletroqumica. Nas bordas da gota o O2 dissolvido oxida o ferro.

  • Prevenindo a corroso do ferro A corroso pode ser impedida atravs do revestimento do ferro

    com tinta ou um outro metal. O ferro galvanizado revestido com uma fina camada de zinco. O zinco protege o ferro uma vez que o Zn o anodo e Fe o

    catodo:Zn2+(aq) +2e- Zn(s), Ered = -0,76 V

    Fe2+(aq) + 2e- Fe(s), Ered = -0,44 V

    Com os potenciais padro de reduo acima, o Zn mais facilmente oxidvel do que o Fe.

    CorrosoCorroso

  • CorrosoCorroso

    O zinco libera seus eltrons para o ferro e como resultado, o zinco, e no o ferro oxidado.

    O zinco sozinho sobrevive exposio ao ar e gua, porque, como o alumnio passivado pelo xido protetor.

  • Prevenindo a corroso do ferro Para a proteo do encanamento subterrneo, um anodo de

    sacrifcio adicionado. O tubo de gua transformado no catodo e um metal ativo usado

    como o anodo. Freqentemente, o Mg usado como o anodo de sacrifcio:

    Mg2+(aq) +2e- Mg(s), Ered = -2,37 VFe2+(aq) + 2e- Fe(s), Ered = -0,44 V

    CorrosoCorroso

  • CorrosoCorroso

    O magnsio oxidado preferencialmente e fornece eltrons para o ferro.

  • Balanceamento de equaes pelo mtodo das semi-reaes

    Considere a titulao de uma soluo cida de Na2C2O4 (oxalato de sdios, incolor) com KMnO4 (permanganato de potssio, violeta escuro).

    O MnO4- reduzido a Mn2+ (rosa claro) enquanto o C2O42- oxidado a CO2.

    O ponto de equivalncia dado pela presena de uma cor rosa claro.

    Se mais KMnO4 adicionado, a soluo passa para prpura devido ao excesso de KMnO4.

    Balanceamento de equaesBalanceamento de equaesde oxirreduode oxirreduo

  • Balanceamento de equaes pelo mtodo das semi-reaes

    Qual a equao qumica balanceada?1. Escreva as duas semi-reaes.2. Faa o balanceamento de cada semi-reao:

    a. Primeiro com elementos diferentes de H e O.b. Depois faa o balanceamento do O adicionando H2O.c. Depois faa o balanceamento do H adicionando H+.d. Termine fazendo o balanceamento de cargas adicionando

    eltrons.

    Balanceamento de equaesBalanceamento de equaesde oxirreduode oxirreduo

  • Balanceamento de equaes pelo mtodo das semi-reaes

    3. Multiplique cada semi-reao para fazer com que o nmero de eltrons seja igual.

    4. Adicione as reaes e simplifique.5. Confira!

    Para MnO4- + C2O42- Mn2+ + CO2 (meio cido)Equao balanceada:16H+(aq) + 2MnO4-(aq) + 5C2O42-(aq) 2Mn2+(aq) + 8H2O(l) +

    10CO2(g)

    Balanceamento de equaesBalanceamento de equaesde oxirreduode oxirreduo

  • Balanceamento de equaes pelo mtodo das semi-reaes

    Em meio bsico:

    Usamos OH- e H2O, em vez de H+ e H2O.

    O mesmo mtodo acima usado, mas o OH- adicionado para neutralizar o H+ usado.

    Exemplo:

    Cr3+(aq) + MnO2(s) Mn2+(aq) + CrO42-(aq)

    Balanceamento de equaesBalanceamento de equaesde oxirreduode oxirreduo

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