ELETROQUÍMICA
Universidade Federal de Itajubá – Eng. MecânicaUNIFEI
Renan Delgado Camurça Lima – 15885Felipe de Souza Zucchini – 15850
Prof. Élcio Barrak
Tópicos da eletroquímica Reações de oxirredução Balanceamento de equações de oxirredução Células voltaicas Fem de pilhas Espontaneidade de reações redox Efeito da concentração na fem da pilha Baterias ou pilhas Corrosão Eletrólise
Introdução A eletroquímica é o estudo das relações
entre a eletricidade e as reações químicas.
A fabricação de baterias, a corrosão de metais e a galvanização elétrica são exemplos de processos que envolvem a eletroquímica.
Reações de oxirredução A variação do estado de oxidação em reações
químicas é a reação de oxirredução(redox).
Tanto a oxidação quanto a redução devem ocorrer.
Agente oxidante: sofre a redução. Agente redutor: sobre a oxidação.
Balanceamento de equações de oxirredução Conserva-se a massa dos elementos dos
dois lados da equação. Conserva-se o número de elétrons dos
dois lados da equação. Pode separar a equação em semi-
reações:
Balanceamento de equações de oxirredução
Reações em meio ácido pode adicionar na equação H+ e H2O.
Reações em meio básico pode adicionar na equação OH- e H2O.
Células voltaicas Dispositivo no qual a transferência de
elétrons ocorre pelo caminho externo em vez de diretamente entre os reagentes.
Células voltaicas O que acontece em visão molecular?
Fem de pilhas Fem (força eletromotriz) é a força que
provoca o movimento do elétron. Ocorre devida à diferença de potencial
(ddp), dada em V (volt), entre dois eletrodos em uma célula voltaica, que fornece uma força diretora na qual empurra elétrons por um circuito externo.
Fem de pilhas A fem ou potencial da célula é dado por Ecel. Em condições-padrão (C = 1 mol/L, P =1
atm) fem-padrão da célula é dado por :
= Potenciais padrão de redução nas semicélulas.
Fem de pilhas O potencial padrão de redução de uma
semi-reação não pode ser medido diretamente.
Para resolver esse problema, utiliza-se o eletrodo-padrão de hidrogênio (EPH), equacionado pela semi-reação:
Espontaneidade de reações redox Ecel > 0 : processo espontâneo.
Ecel < 0: processo não-espontâneo. Fem e variação de energia livre é
equacionada em:
n = número de elétrons transferidos (n>0 e adimensional).
F = constante de Faraday
Efeito da concentração na fem da pilha A fem das pilhas depende das
concentrações dos reagentes e produtos da reação da pilha.
Equação de Nernst:
→
Efeito da concentração na fem da pilha Pilhas de concentração:
É uma pilha onde o cátodo e o ânodo possuem a mesma espécie química, variando apenas as concentrações.
Efeito da concentração na fem da pilha A reação total da pilha é:
Pela equação de Nernst (T = 298 K):
Efeito da concentração na fem da pilha Fem da célula e equilíbrio químico:
Um sistema está em equilíbrio se ΔG = 0. Portanto, E = 0 e Q = Keq. Pela equação de Nernst:
Baterias ou pilhas Bateria ou pilha é uma fonte de energia
eletroquímica fechada e portátil que consiste em uma ou mais células voltaicas.
Pilhas conectadas em série: soma-se as fems das pilhas.
Pilhas: Primárias → não podem ser recarregadas.
Secundárias → podem ser recarregadas.
Baterias ou pilhas Utilização de baterias ou pilhas no dia-a-
dia:Bateria de chumbo e ácido (bateria
automotiva);Pilhas alcalinas;Baterias de níquel-cádmio, níquel-hidreto
metálico e íon lítio (dispositivos eletrônicos portáteis);
Células de combustível (conversão da energia térmica, a partir da queima de combustíveis, em energia elétrica.
Corrosão As reações de corrosão são reações
redox espontâneas nas quais um metal é atacado por alguma substância em seu ambiente e é convertido em um composto indesejado.
Corrosão Proteção contra corrosão:
Proteção de um metal, tornando-o cátodo de uma célula eletroquímica, conhecida como proteção catódica;Conseqüentemente, o metal que é oxidado é chamado de ânodo de sacrifício. Ex: ferro galvanizado.
Eletrólise A eletrólise é baseada na utilização de
energia elétrica provinda de uma fonte externa para fazer com que reações redox não-espontâneas ocorram.
Tais reações geradas pela energia externa são chamadas reações de eletrólise e ocorrem em células eletrolíticas.Ex:
Eletrólise Decomposição do cloreto de sódio
fundido:
Eletrólise Eletrólise de soluções aquosos.
Na eletrólise de soluções aquosas, temos de verificar se a água é oxidada ou reduzida ao invés dos íons do sal.
Eletrólise com eletrodos ativos.Os eletrodos empregados nesta
eletrólise participam da reação.Ex: Galvanoplastia.
Eletrólise Aspectos quantitativos da eletrólise
A estequiometria de uma semi-reação mostra quantos elétrons são necessários para atingir um processo eletrolítico.
Eletrólise Trabalho elétrico:
Para qualquer processo espontâneo, ΔG é uma medida do trabalho máximo útil, wmáx.
Como E < 0:
w é o trabalho mínimo para realizar eletrólise.
Referencia Bibliográfica Brown, LeMay, Bursten. Química: A
Ciência Central. 9ª edição.