volumetria de Óxido-redução · 2011-10-03 · tem seu número de oxidação aumentado na...
TRANSCRIPT
Reações redox e semi-células
Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0 Zn0 Zn2+ + 2e- semi-célula do zinco:
Agente redutor: Sofre oxidação; Fornece elétrons à espécie oxidante; Tem seu número de oxidação aumentado na reação.
Agente oxidante: Sofre redução; Retira elétrons da espécie redutora; Tem seu número de oxidação diminuído na reação.
Quem é o agente redutor na reação redox entre o Cu e o Zn?
Quem é o agente oxidante na reação redox entre o Cu e o Zn?
semi-célula do cobre: Cu2+ + 2e- Cu0
Reações redox – transferência de elétrons
Quando temos uma barra de zinco imersa em uma solução de Cu 2+:
Zn2+ Cu2+
Cu0
Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0
Transferência direta de elétrons:
Transferência indireta de elétrons – CÉLULA ELETROQUÍMICA
Eletrodo de zinco
Eletrodo de cobre
Ponte salina (KCl sat.)
● 2 condutores imersos em uma solução contendo eletrólitos (eletrodos) ● 1 condutor eletrônico externo para permitir o fluxo de elétrons ● 1 condutor iônico para evitar o contato direto dos reagentes e permitir o fluxo de íons (ponte salina)
Componentes de uma Célula Eletroquímica
PILHA DE DANIEL
CATODO (redução) ANODO (oxidação) Zn0 Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e- Cu0
Zn l ZnSO4 (1 mol/L) ll CuSO4 (1 mol/L) l Cu
Representação esquemática de uma célula eletrolítica
O ânodo e a informação sobre a solução que está em contato com ele sempre são escritos à esquerda. Linhas verticais simples representam limites entre fases através das quais podem surgir diferenças de potencial.
CATODO (redução):
ANODO (oxidação): Zn0 Zn2+ + 2e-
Cu2+ + 2e- Cu0
Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0
Medida do potencial da célula eletrolítica
E célula = E catodo – E anodo
Potencial de eletrodo
O Potencial Padrão de Eletrodo mede a tendência de uma substância
em se oxidar ou reduzir durante uma reação redox.
Cada meia-célula (semi-reação) tem um Potencial Padrão de Eletrodo
(em volts) medido em relação a um padrão de referência, que é o
Eletrodo Padrão de Hidrogênio (EPH), cuja semi-reação é:
Por convenção da IUPAC, Potencial Padrão de Eletrodo (e o seu sinal)
será aplicado às semi-reações de redução, daí o nome Potencial Padrão
de Redução.
2H+ + 2e- H2 (g)
Eº = 0 volts
Potencial de eletrodo
A substância que apresenta maior Potencial Padrão de Redução, tem
maior tendência de reduzir do que uma substância que apresenta menor
Potencial Padrão de Redução.
Eº positivo: e- fluem do EPH (ânodo) para o eletrodo do metal (cátodo) Eº negativo: e- fluem do eletrodo do metal (ânodo) para o EPH (cátodo)
2H+ + 2e- H2 (g)
Eº = 0 volts
Cd2+ + 2e- Cd0
Eº = + 0,337 V Cu2+ + 2e- Cu0
Eº = - 0,403 V
Zn2+ + 2e- Zn0 Eº = - 0,763 V
Potencial da célula As reações de óxido-redução são espontâneas (termodinamicamente)
se o potencial da reação é maior que zero:
∆G = -nFEcélula
Logo, se Ecélula > 0 ∆G < 0 reação espontânea
Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0
Zn2+ + 2e- Zn0
Voltando ao caso da reação redox entre o Cu e o Zn:
Eº = + 0,337 V Cu2+ + 2e- Cu0
Eº = - 0,763 V
Como o Zn tem menor Potencial Padrão de Redução, ele oxida:
E célula = E catodo – E anodo E célula = Eº Cu – Eº Zn
E célula = 0,337 – (– 0,763) E célula = 1,100 V
Ecél > 0 Reação
Espontâneaa
Equação de Nernst
E = potencial real da meia célula Eo = potencial padrão de eletrodo R = constante universal dos gases (8,314 J K-1 mol -1) T = temperatura em Kelvin n = número de elétrons que participa da célula F = constante de Faraday (96485 C mol-1) (aA), (aB) = atividades dos produtos e reagentes
Relaciona o potencial real da meia-célula com as concentrações das espécies oxidadas e reduzidas (reagentes e produtos da semi-reação). Para a reação:
aA + ne- bB
E = Eo - RT ln (aB)b
nF (aA)a
Para soluções diluídas vale a aproximação: (aA) = [A]
E = Eo - RT ln [B]b
nF [A]a ou E = Eo - RT ln [Red]b
nF [Ox]a
T = 25º C
(298 K) 2 b
a
Fe3+ + e- Fe2+
Equação de Nernst - Exemplos
Zn2+ + 2e- Zn0
2H+ + 2e- H2 (g)
][
][log
1
0592,03
20
Fe
FeEE
][
1log
2
0592,02
0
ZnEE
2
20
][log
2
0592,0
H
pHEE
AgCl + e- Ag + Cl- Cr2O7
2- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O
mHOx
d
nEE
]][[
][Relog
0592,00
Ox + mH+ + ne- Red
Fe3+ + e- Fe2+ MnO4
- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O
Balanceamento de uma reação de oxi-redução
Eº = + 0,771 V
Eº = + 1,510 V
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
5 Fe2+ 5Fe3+ + 5e-
MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O
Ce4+ + e- Ce3+
Eº = + 1,440 V
Eº = + 0,575 V H3AsO4 + 2H+ + 2e - H3AsO2 + H2O
Exemplo 1:
Exemplo 2:
Envolve reações de transferências de elétrons entre agentes oxidantes (que os recebem elétrons) e agentes redutores (que os perdem elétrons).
Volumetria de Óxido-redução
A red + B ox A ox
+ B red
Ared = Agente redutor Box = Agente oxidante
Exemplos de alguns agentes oxidantes e redutores: Oxidantes: KMnO4, I2, K2Cr2O7, Ce(IV), Mn(II) Redutores : Ti (III), SnCl2, V(II), Cr(II), Fe(II)
Indicadores usados em volumetria de oxi-redução
1º Método: O reagente é fortemente corado e ele próprio pode então, atuar como indicador. O ponto final é acusado pela coloração produzida pelo excesso de reagente. Exemplo: KMnO4
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
2º Método: Uso de indicadores específicos, isto é, substâncias que
reagem especificamente com uma das espécies participantes da reação (reagentes ou produtos). Exemplo: amido.
I2 + 2 Na2S2O3 Na2S4O6 + 2 NaI
Amido forma um complexo azul escuro com o iodo.
Indicador usado nas titulações diretas onde o iodo é o titulante e nas indiretas onde o iodo é gerado a partir de uma reação do analito.
Indicadores usados em volumetria de oxi-redução
Amido: substância polimérica que consiste de duas frações principais (amilose e amilopectina).
A fração ativa, a amilose, é um polímero do açúcar -D-glicose, que tem a forma de uma hélice na qual podem se fixar longas cadeias de I2 combinado com I- (I3
-).
Nas titulações envolvendo o iodo o indicador utilizado é a goma de amido, que forma um complexo azul-escuro. Iodimetria: O iodo é utilizado como titulante. A Goma de amido é adicionada no início da titulação. E na primeira gota de excesso de iodo após o PE a cor da solução muda para azul-escuro. Iodometria: O iodo é o titulado. A Goma de amido é adicionada imediatamente antes do PE, pois algum iodo sempre tende a ficar retido nas partículas da goma de amido após atingirmos o PE
Indicadores de oxi-redução - Exemplos
Ferroína
VEn
indEE )0592,006,1(0592,00
3º Método: Indicadores de oxi-redução, os quais são substâncias que se deixam oxidar ou reduzir reversivelmente com mudança de coloração. A mudança de cor do indicador ocorrerá numa faixa dada por:
nindEE
0592,00 E = potencial de transição do indicador
Eo = potencial padrão do indicador
n = número de elétrons envolvidos