eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

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Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

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Page 1: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Eletroquímica: estudo da

interconversão entre energia elétrica e

reações químicas

Page 2: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

A relação entre as reações químicas e a corrente

elétrica é estudada por um ramo da química chamado

ELETROQUÍMICA

Quando uma corrente elétrica

provoca uma

reação química teremos uma

ELETRÓLISE

Page 3: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Esta pilha baseia-se na seguinte reação:

Zn + CuCuSO4 + ZnSO4

ou, na forma iônica

Zn + CuCu2+ + Zn2+

**

ELÉTRONS

DANIELL percebeu que estes elétrons poderiam ser transferidos do

Zn para os íons Cu2+

por um fio condutor externo e, este movimento produzir uma

CORRENTE ELÉTRICA

Page 4: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

PILHA DE DANIEL

Page 5: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Célula Eletroquímica

  

No eletrodo de Zn ocorre a seguinte reação:

No eletrodo de Cu ocorre a seguinte reação:

Reação Global:

Page 6: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

A solução de ZnSO4 vai ficando mais concentrada

O eletrodo de zinco vai se desgastando como passar do tempo

O eletrodo de cobre terá sua massa aumentada

A solução de CuSO4 vai ficando mais diluída

Nas soluções teremos a passagem dos íons, em excesso, de um lado para o outro através da ponte salina

À medida que a reação vai ocorrendo poderemos fazer as seguintes observações

Page 7: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

O pólo de onde saem os elétrons ocorrendo a

oxidação chama-seANODO e corresponde

ao PÓLO NEGATIVO

O pólo onde chegam os elétrons ocorrendo a

redução chama-seCATODO e corresponde ao

PÓLO POSITIVO

Page 8: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

REPRESENTAÇÃO DE UMA PILHA

Uma pilha, segundo a IUPAC,

deve ser representada da seguinte forma:

Para a pilha de DANIELL

Zn0 Cu2+Zn2+ Cu0

M1 M2M1 M2

0 x+ y+ 0

Page 9: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Os metais que fazem parte de uma reação de

óxido-redução

têm uma tendência a

CEDER ou RECEBER ELÉTRONS

Essa tendência é determinada pelo

potencial de eletrodo (E),

medido em volts (V)

Page 10: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Quanto maior for a medida

do potencial de oxidação,

maior é a tendência

do metal ceder elétrons

Quanto maior for a medida

do potencial de redução,

maior é a tendência

do metal ganhar elétrons

Page 11: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Este potencial, em geral, é medido a

1 atm, 25°C e solução 1 mol/L

Sendo assim, nestas condições,

Chamado de

POTENCIAL NORMAL DE ELETRODO (E°)

Esse potencial é medido tomando-se como

referencial um eletrodo de hidrogênio,

que tem a ele atribuído o potencial “0,00 V”

Page 12: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas
Page 13: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Para a pilha de Daniell os potenciais são:

Zn2 e –+Zn2+

CuCu2+ + 2 e –

E° = – 0,76 Vred

E° = + 0,34 Vred

Como o cobre tem um maior potencial normal de redução

ele vai ganhar elétrons, sofrendo redução,

e o zinco vai perder elétrons, sofrendo oxidação

CuCu2+ + 2 e – E° = + 0,34 Vred

Zn 2 e –+Zn2+ E° = + 0,76 Voxi

Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu ΔE = + 1,10 V

Page 14: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Estes objetos foram recobertos com um

metal através de um processo químico chamado de

ELETRÓLISE

Pode-se dizer que

ELETRÓLISE

é o fenômeno de decomposição de uma

substância pela ação de uma

CORRENTE ELÉTRICA

A eletrólise ocorre com soluções onde existam íons ou

com substâncias iônicas fundidas

Page 15: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Uma fonte de energia faz

passar uma corrente

elétrica pelo recipiente

contendo a solução, ou a

substância fundida,

provocando a reação

química e liberando as

espécies finais nos

eletrodos

ÂNIONS CÁTIONS

ELÉ

TR

ON

S

+ –

+ – ELÉ

TR

ON

S

GERADOR

Page 16: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

ÂNIONS

GERADOR

CÁTIONS

ELÉ

TR

ON

S

+ –

+ – ELÉ

TR

ON

S

No pólo negativo (cátodo)

os cátions

recebem elétrons

(sofrem redução)

e descarregam.

C x+ + C

A x – A

-x e

No pólo positivo (ânodo)

os ânions

perdem elétrons

(sofrem oxidação)

e descarregam.

-x e

Na eletrólise o pólo negativo é o cátodoe o pólo positivo o ânodo.

+

Page 17: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Potencial da Pilha• Equação de Nernst: é a relação quantitativa que

permite calcular a força eletromotriz de uma pilha, para concentrações de íons diferentes de uma unidade.

• A variação de energia livre, ΔG, de qualquer reação e variação de energia livre padrão, ΔG°, estão relacionadas por meio da seguinte reação:

• Reação de oxido-redução

e

Page 18: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Para reação redox:

− nFE = − nFE0 + RTlnQ ou

Sendo: R = 8,315 J K-1 mol-1; T = 298,2 K (25°C); F = 96485 C mol-1

Substituindo os valores de R, T e F:

ou

Page 19: Eletroquímica: estudo da interconversão entre energia elétrica e reações químicas

Potenciais-padrão e constantes de equilíbrio

• Quando um sistema atinge o equilíbrio, a energia livre dos produtos é igual à energia livre dos reagentes, ou seja, ΔG = 0, e Q = K, então:

Que a 25°C, fica: