manual de experimentos de eletroquÍmica

NOEMI NÁDIA FIGUR

Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745 - 1827)

Físico italiano - inventor da pilha elétrica.

MANUAL DE EXPERIMENTOS DE ELETROQUÍMICA

ENSINO MÉDIO

Sumário

Apresentação ................................................................................................................................... 1

Orientações gerais ........................................................................................................................... 2

Atividade Experimental 01 .............................................................................................................. 3

A PRIMEIRA PILHA ................................................................................................................. 3


A ELETRÓLISE DA ÁGUA E PRODUÇÃO DO GÁS HIDROGÊNIO .................................. 6


GALVANIZAÇÃO ..................................................................................................................... 9

Atividade Experimental 04 ............................................................................................................ 11

CORROSÃO E PROTEÇÃO DO FERRO ............................................................................... 11

Atividade Experimental 05 ............................................................................................................ 13

REMOVENDO A FERRUGEM COM A ELETRÓLISE ........................................................ 13

REFERÊNCIAS ............................................................................................................................ 14

1

Apresentação

Como a maioria das instituições estaduais da rede pública de ensino não dispõe de

laboratórios, onde possam ser realizadas atividades experimentais procurei buscar alternativas

viáveis, a serem implantadas em sala de aula, objetivando despertar o interesse e a curiosidade

dos alunos para o aprendizado de Química.

Nos primeiros anos de docência encontrei muita dificuldade em promover atividades

experimentais relacionadas aos conteúdos de eletroquímica, mas gradualmente fui pesquisando e

encontrando práticas que fazem uso de materiais de baixo custo e risco, que estão reunidas neste

manual.

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Orientações gerais

Como outras práticas pedagógicas, a realização de atividades experimentais em

laboratórios de ciências ou mesmo em sala de aula, requer planejamento, organização do espaço

físico e orientação quanto aos cuidados necessários para a realização dos experimentos com

segurança.

O planejamento envolve a elaboração do plano de aula, aquisição dos materiais e

reagentes em quantidades suficientes para que os alunos possam realizar a experimentação de

forma individual ou em grupo com no máximo quatro componentes, e elaboração do roteiro da

atividade experimental.

A organização do espaço físico é um aspecto importante a ser considerados antes da

realização do experimento. Se o mobiliário da sala de aula é constituído de mesa e cadeira

(figura 1), é possível acoplar quatro mesas e formar uma bancada (figura 2), mas se existem

carteira (figura 3), fica inviável, então procure outros espaços como a biblioteca (figura 4) ou o

refeitório (figura 5).

figura 1: mesa e

cadeira

figura 2: bancada -

acoplamento de mesas

figura 3: carteira

escolar

figura 4: mobiliário da

biblioteca

figura 5: mobiliário do

refeitório

Outra questão a ser abordada com os alunos são os cuidados necessários para a realização

do experimento com segurança, sugiro inclusive que seriedade, compromisso, organização e

limpeza também sejam pontuadas além da produção do relatório.

É comum que após a realização da atividade experimental seja elaborado um relatório

individual, podendo ser manuscrito em folhas de papel com pauta ou digitado seguindo as

normas básicas da ABNT. Todas as orientações quanto à elaboração deste trabalho científico,

devem ser minuciosamente e previamente apresentadas e disponibilizadas pelo professor, que

também deve indicar uma lista de referências disponíveis na biblioteca da escola ou na internet.

Um recurso que pode auxiliar os alunos na elaboração do relatório é a utilização

individual do caderno de laboratório ou caderno de atividades experimentais, no qual farão

anotações de dados, procedimentos e demais informações relevantes à realização da experiência.

Caso os alunos demonstrem dificuldades na elaboração do documento, o professor pode no

roteiro da atividade experimental, seguir o modelo do relatório, com introdução, materiais e

reagentes, procedimentos, e na análise dos dados propor perguntas que deverão ser respondidas e

ajudarão os alunos a elaborar a conclusão.

3

Atividade Experimental 01

A PRIMEIRA PILHA

Conhecimentos prévios

Reações de oxirredução

Comportamento dos metais

Fila de reatividade ou fila de tensões eletrolíticas

Recurso de texto

O NASCIMENTO DAS PILHAS ELÉTRICAS

O professor pode providenciar cópias ou a impressão do texto, distribuir para os alunos e

promover a leitura e discussão coletiva.

O texto esta disponível no livro de Ricardo Feltre, Físico-química: volume 2, na página

298, e o download do livro poderá ser feito do site: https://professorharoldo.files.wordpress.

com/2012/09/quimica-feltre-vol-2.pdf.

Recurso de vídeo

A HISTÓRIA DA ELETRICIDADE - A FAÍSCA

Duração: 00:58:58

O vídeo esta disponível no site da TV Escola, sugiro que o professor faça o cadastro, e

use um programa para baixar o vídeo do site: http://tvescola.mec.gov.br/tve/video/a-historia-da-

eletricidade-a-faisca.

Estes recursos darão subsídios para o professor abordar o contexto histórico, e fazer uma

análise mais profunda do processo de investigação científica, partindo das observações

realizadas por Alessandro Volta, que culminou na criação da primeira pilha revolucionando a

eletricidade e abrindo caminho para o estudo dos fenômenos eletroquímicos.

Recursos de materiais

A relação de materiais e reagentes descrita neste experimento é suficiente para um aluno

ou um grupo realizar a atividade, portanto ela deve ser adequada, conforme o número de alunos

ou grupos a serem formados. O cobre e o zinco podem ser substituídos por outros metais, confira

na fila de reatividade.

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Materiais e reagentes

5 moedas de cobre

5 pedaços de chapa de zinco (lojas de materiais de construção

vendem chapas de zinco galvanizadas para fazer calhas de

água, para realizar o experimento precisamos só de alguns

cm2).

papel toalha

vinagre

1 LED ( os LEDs podem ser adquiridos em lojas que vendem

equipamentos eletrônicos, tem várias cores, tamanhos e tensões

que variam de 1,8 a 3V).

1 recipiente de plástico

estilete

1 pedaço de isopor

3 palitos de dente

tesoura

martelo

multímetro (opcional)

Procedimentos

Corte a chapa de zinco com a tesoura em pedaços

quadrados (2,2 x 2,2cm) do tamanho da moeda.

Após o corte desempene os pedaços da chapa de zinco

com o martelo.

Se as moedas de cobre estiverem oxidadas, deixe-as de

molho em um recipiente com vinagre e sal por algumas

horas, depois retire, enxágue em água corrente e enxugue.

Dobre uma folha de papel toalha, e com a tesoura recorte

círculos todo tamanho da moeda.

Pegue o estilete e corte um pedaço de isopor (8 x 8cm).

Acomode a moeda sobre o isopor e espete os três palitos

de dente conforme a imagem ao lado.

Coloque um pouco de vinagre no pote de plástico.

Molhe os círculos de papéis no vinagre.

5

Inicie a montagem da primeira célula voltaica seguindo a

sequência do esquema ao lado.

Dê continuidade sobrepondo as células voltaicas, conforme

o esquema ao lado.

Identifique os terminais do LED, o mais comprido é o

positivo e o mais curto é o negativo.

Abra os terminas do LED, conforme a imagem ao lado.

Encaixe o LED na pilha, conforme o esquema ao lado.

Se a pilha foi montada corretamente e estiver produzindo a

tensão suficiente o LED acenderá!

Pesquise como usar o multímetro, para medir

a tensão produzida pela pilha.

Questões para análise

a) Como é chamado o movimento dos elétrons entre os polos da pilha?

b) Qual é a evidência que na pilha há movimento de elétrons entre os metais?

c) Que tipo de transformação de energia ocorre nas pilhas?

d) Identifique o cátodo e o ânodo na pilha de Volta?

e) No esquema abaixo indique o sentido da corrente elétrica.

f) Alessandro Volta desenvolveu a pilha a mais de 200 anos, qual a importância destes

dispositivos de transformação de energia nos dias atuais?

g) Escreva as semi-reações dos processos que ocorrem nos eletrodos de cada pilha estudada, assim

como a reação química global.

h) Verifique com o multímetro diferença de tensão de uma célula voltaica e sobreposição das

células.

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A ELETRÓLISE DA ÁGUA E PRODUÇÃO DO GÁS HIDROGÊNIO



Polaridade da molécula da água

Eletrólise

Recurso de texto

HIDROGÊNIO — COMBUSTÍVEL DO FUTURO?

O texto esta disponível no livro de Ricardo Feltre, Físico-química: volume 2, nas páginas

118 e 119.

Recurso de vídeo

A HISTÓRIA DA ELETRICIDADE - A FAÍSCA

Aos 52 minutos do documentário relata que a invenção da pilha possibilitou isolar novos

elementos químicos com mais facilidade, e mostra o efeito da corrente elétrica na água, que se

decompõe e forma os gases hidrogênio e oxigênio.

Fonte de energia

Para realizar as próximas atividades experimentais é

necessária uma fonte de energia, que frequentemente é obtida

associando pilha em série, entretanto essa alternativa é muito

trabalhosa, dispendiosa e gera um grande volume de pilhas

descarregadas, então sugiro adaptar carregadores de celular

como fonte de energia, pois assim estaremos reutilizando carregadores velhos e não teremos

problemas de abastecimento de energia. Para montar a fonte de energia acesse o site:

http://pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=261&ADAPTANDO+

CARREGADOR+DE+CELULAR.

Observação: Para conseguir os carregadores, faça uma campanha arrecadação na escola.

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Aparato alternativo para a eletrólise

Para realizar a eletrólise é necessário montar um aparato, no qual se processa a

decomposição da água, a coleta dos gases, e a posterior combustão do gás hidrogênio.

Materiais

garrafa PET

ferro de solda pode ser substituído por um prego, alicate e fogão

mangueira plástica fina e transparente

pistola de cola quente e bastão de silicone

marcador de DVD

bastões de grafite - para produzir uma quantidade significativa de gás hidrogênio e

oxigênio, é melhor utilizar bastões de grafite, que podem ser comprados em papelarias

(lápis de grafite integral), ou abrir pilhas grandes e retirar os bastões, para esse

procedimento recomendo acessar o site: http://www.pontociencia.org.br/experimentos-

interna.php?experimento=631.

Procedimentos

Com o ferro de solda, ou com o prego aquecido, fure a tampa da

garrafa PET, procure fazer o furo no mesmo diâmetro da mangueia,

depois encaixe a mangueira, para certificar que não ocorram

vazamentos use a cola quente ou outro tipo de cola para vedar.

Com o marcador de DVD faça dois círculos na garrafa PET e

depois fure com o ferro de solda, ou com o prego aquecido e encaixe

os bastões de grafite.


aparato alternativo para a eletrólise

água

colher

cloreto de sódio (sal de cozinha )

fonte de energia: carregador de celular adaptado

extensão de luz

saquinho plástico de geladinhos

fita adesiva

8

Procedimentos adotados

Encha o aparato experimental para a

eletrólise com água.

Coloque 5 colheres de sal na garrafa com

água.

Tampe o aparato e chacoalhe para

misturar a água com sal.

Coloque o saquinho de plástico na ponta

da mangueira e passe um pedaço de fita

adesiva, certifique-se de estar bem

apertado para que não corra vazamento

dos gases.

Conecte a fonte de energia as pontas dos lápis.

Ligue a fonte de energia na extensão de luz.

Ligue a extensão na tomada.

Aguarde até o saquinho ficar cheio, ascenda o palito de fósforo e aproxime do fundo do

saquinho. Cuidado no momento da combustão!


a) Quais as evidências da ocorrência da eletrólise?

b) Qual é a função do sal na solução?

c) Escreva a equação de decomposição da água e faça o balanceamento.

d) Os eletrodos estão produzindo o mesmo volume de gás?

e) Podemos identificar o eletrodo que produz o gás oxigênio (O2), e o que produz o gás

hidrogênio (H2), através dos volumes dos gases?

f) Associe o cátodo e o ânodo com a polaridade da molécula da água.

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GALVANIZAÇÃO


Reações de oxirredução.

Eletrólise.

Galvanização

Recurso de texto

APLICAÇÕES DA ELETRÓLISE

O professor pode providenciar cópias ou a impressão do texto, distribuir para os alunos e

promover a leitura e discussão coletiva.


351 e 352, e o download do livro poderá ser feito do site:

https://professorharoldo.files.wordpress.com/2012/09/quimica-feltre-vol-2.pdf.


um recipiente de vidro

água

colher

sulfato de cobre

barra de cobre ou chapa de cobre (lojas de materiais de construção vendem barra de cobre

para aterramento, são necessários só alguns cm), ou descasque fios elétricos.

prego ou chapa de ferro


extensão de luz

Procedimentos adotados

Encha o recipiente de vidro com água.

Adicione 1 colheres de sulfato de cobre no recipiente de

vidro com água e mexa até dissolver.

Coloque a chapa de cobre e o prego no recipiente de vidro.

Conecte vermelho da fonte de energia na chapa de cobre

10

e preto no prego.


Ligue a extensão na tomada


a) Qual a importância da galvanização?

b) Porque a peça metálica mudou de cor?

c) Que equação explicaria esse processo?

d) Para que serve a placa de cobre conectada ao polo positivo?

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CORROSÃO E PROTEÇÃO DO FERRO



Corrosão

Recursos de textos

CORROSÃO: Um exemplo usual de fenômeno Químico

O texto esta disponível no site: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.

CORROSÃO


324 a 326, e o download do livro poderá ser feito do site:

https://professorharoldo.files.wordpress.com/2012/09/quimica-feltre-vol-2.pdf.


8 tubos de ensaio com tampa

8 pregos novos sem oxidação (sem ferrugem)

etiquetas adesivas

marcador de DVD

água da torneira

panela

fogão

sal

colher

vinagre

óleo de cozinha

zinco

linha

tesoura

12

Procedimentos

Rotule os tubos de ensaio de 1 a 8, com as etiquetas e o marcador de DVD.

Corte oito pedaços de linha, e depois as amarre próximos as cabeças dos pregos.

Simule diferentes ambientes utilizando a água da torneira, o sal, o vinagre, o óleo de

cozinha e o zinco, conforme o esquema abaixo.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

ar

atmosférico

ar

atmosférico

e sílica gel

água da

torneira

óleo e

água da

torneira

óleo e

água da

torneira

fervida

para

remover o

ar

água da

torneira e

sal

água da

torneira

e

vinagre

água da

torneira

prego

coberto

com uma

camada

de zinco

Coloque os pregos nos tubos de ensaio e fixe a linha na tampa.

Deixe os sistemas em repouso por alguns dias.

Questão para análise

a) Em quais tubos de ensaios houve a oxidação do ferro?

b) Que fatores favorecem a formação da oxidação no ferro?

c) Como podemos proteger a superfície dos corpos que possuem ferro contra a oxidação e

consequente corrosão?

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REMOVENDO A FERRUGEM COM A ELETRÓLISE


Reações de oxirredução.

Eletrólise.

Corrosão.

Recurso de texto

Os segredos de uma restauração

O texto esta disponível no site: https://diegodeassis.wordpress.com/2008/08/07/os-

segredos-de-uma-restauracao/.

.


um recipiente de vidro

água

colher

bicarbonato de sódio

chave de boca pequena

objeto enferrujado


extensão de luz

Procedimentos

Encha o recipiente de vidro com água.

Adicione 1 colheres bicarbonato de sódio no recipiente de

vidro com água e mexa até dissolver.

Coloque a chave de boca e o objeto enferrujado no

recipiente de vidro.

Conecte os jacarés vermelho da fonte de energia na chave

de boca e o jacaré preto no objeto enferrujado, conforme

esquema ao lado.


Ligue a extensão na tomada.

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a) Qual a importância deste processo de remoção da oxidação?

b) Porque chave de boca ficou enferrujada?

c) Que equação explicaria esse processo?

d) Pesquise como este processo pode ser utilizado para restaurar peças metálicas antigas,

como tesouros afundados no mar.

REFERÊNCIAS

CISCATO, Carlos Alberto Mattoso. Aplicações da Eletrólise. Disponível no: <

http://arquivotecnico.com.br/gallery/eletrolise.pdf>. Acessado em: 10 abr. 2015.

Eletrólise e banho de metais. Disponível no:<

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/16859/eletrolise.pdf>. Acessado em: 10 abr.

2015.

FELTRE, Ricardo. Química geral. v.1, 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004.

FELTRE, Ricardo. Físico-química. v.2, 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004.

KRÜGER, Verno; LOPES, Cesar Valmor Machado; SOARES, Alexandre Rodrigues.

ELETROQUÍMICA PARA O ENSINO MÉDIO. Porto Alegre: Área de Educação Química

do Instituto de Química da UFRGS, 1997. Disponível no:

<http://www.quimica.seed.pr.gov.br/arquivos/File/AIQ_2011/aguas_ufrgs.pdf>. Acessado em:

10 abr. 2015.

Laboratório de Química Geral Experimental: ROTEIRO DE EXPERIMENTOS.

Disponível no: <http://www.iq.unb.br/images/downloads/apostilas/Apostila%20-

%20Quimica%20Geral%20Experimental%20-%202-2014.pdf >. Acessado em: 20 abr. 2015.

Pilhas ou células eletroquímicas. Disponível no:< http://www.edicoessm.com.br/files/pnld/

2012/serProtagonista/Quimica/Reproducao_SP_Quimica_2_unidade_6_capitulo_16.pdf>.

Acessado em: 10 abr. 2015.

TOLENTINO, Mario; ROCHA-FILHO, Romeu C. O bicentenário da invenção da pilha

elétrica. Disponível no:<http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc11/v11a08.pdf>. Acessado em: 19

abr. 2015.

manual de experimentos de eletroquÍmica

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