Eletroquímica Fabio Augusto Dias – FLI – 13164 Rodrigo de Souza Ribeiro – EPR – 13950 Rodrigo José Tosetto – EPR – 17014 Prof. Dr. Élcio Barrak Universidade

EletroquímicaFabio Augusto Dias – FLI – 13164 Rodrigo de Souza Ribeiro – EPR –

13950 Rodrigo José Tosetto – EPR – 17014

Prof. Dr. Élcio Barrak

Universidade Federal de Itajubá

Introdução•A eletroquímica é o estudo das relações

entre a eletricidade e as reações químicas.

•A fabricação de baterias, a galvanização elétrica e a corrosão de metais são exemplos de processos que envolvem a eletroquímica.

Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto1/27

Reações de Oxirredução•São aquelas em que um ou mais

elementos tem seu número de oxidação variado (nox)

Zn(s) + 2 H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g)

•Agente oxidante sofre redução.•Agente redutor sofre oxidação.

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Balanceamento de equações de oxirredução• Obedecer à lei da conservação de massa.• Os elétrons recebidos e dados devem estar

balanceados.• Balancear a equação através de semi-reações

de oxidação e redução.


Balanceamento de equações de oxirredução

Método das semi-reações

•Reações em meio ácido •Adiciona-se H+ e H2O na equação



Exercício

Complete e faça o balanceamento da seguinte equação pelo método das semi-

reações:

Cr2O72-

(aq) + Cl-(aq) Cr3+

(aq) + Cl2 (g)

Resposta: 14 H+(aq) + Cr2O7

2-(aq) + 6 Cl-

(aq) 2 Cr3+(aq) + 7 H2O (l) + 3 Cl2

(g)



Método das Semi-reações

•Reações em meio básico •Adiciona-se OH- e H2O na equação


Células voltaicas

Dispositivo que usa a energia liberada em

uma reação espontânea de

oxirredução para realizar trabalho

elétrico


Células voltaicas•Ânodo: elétrodo onde ocorre a oxidação

•Cátodo: elétrodo onde ocorre a redução

•O fluxo de elétrons ocorre do ânodo para o cátodo pelo circuito externo


Células voltaicas


Fem de pilhas• Diferença de Potencial: A diferença de energia

potencial entre dois elétrodos é medida em volts. • 1 volt (V) é a diferença de potencial necessária

para fornecer 1 (J) de energia para uma carga de 1 coulomb (C).

1 (V) = 1 J/C


Fem de pilhas

•Força eletromotriz (fem): É a força diretora que movimenta os elétrons ao longo de um circuito externo, de acordo com a sua diferença de potencial (ddp).

•Potencial-padrão de redução: Calculado a partir da semi-reação de redução do H+.

Eocel = Eo

red (cátodo) – Eored (ânodo)


Fem de Pilhas


Espontaneidade da Reação

• Elemento de maior potencial de redução, representa o agente oxidante.

• Elemento de menor potencial de redução, representa o agente redutor.

• Ecel > 0 : processo espontâneo.• Ecel < 0: processo não-espontâneo.


Fem e variação de energia livre•Para um processo que ocorre em condições

ideais de temperatura e pressão, obtemos a energia livre de Gibbs, que relaciona a espontaneidade da reação:

G = -nFE

n = número de elétrons transferidos (n>0 e adimensional).

F = constante de Faraday (96485 C/mol )


Efeito da concentração sobre a fem da pilha• A concentração dos reagentes varia à medida

que a célula voltaica é utilizada, alterando a fem, de acordo com a equação de Nernst, onde n = nº de elétrons transferidos e Q o cociente de concentrações:

• Desenvolvendo-se para T = 298 K→


Fem da célula em equilíbrio químico

•Quando E = 0, a célula estará em equilibrio químico, e o quociente Q = Keq, onde:


Pilhas de Concentração• Pilhas de concentração ocorrem quando,

tanto o ânodo quanto o cátodo possuem o mesmo elemento químico e a Fem depende exclusivamente da diferença de concentração.


Curiosidade


Baterias e pilhas•São fontes de energia

eletroquímica fechada e portátil que consistem em uma ou mais células voltaicas

•Pilhas primárias: não podem ser recarregadas

•Pilhas secundárias: podem ser recarregadas


Baterias e pilhasUtilização de baterias ou pilhas no dia-a-

dia:

• Bateria de chumbo e ácido (automotiva);• Bateria de sódio e enxofre (automóveis

elétricos);• Pilhas alcalinas;• Pilhas secas;• Baterias de níquel-cádmio, níquel-hidreto

metálico e íon lítio (dispositivos eletrônicos portáteis);


Baterias e pilhas•Zn (s) Zn2+ + 2e-

(reação anódica)

•Cu2+ + 2e- Cu (s)

(reação catódica)


Baterias e pilhasElétrodo-padrão

• Quanto maior for o E0red, mais fácil será a

redução e mais forte será o oxidante. • Quanto menor for o E0

red, mais difícil será a redução e mais fraco será o oxidante.


Corrosão


CorrosãoO que acelera a corrosão?

•Oxigênio

•Água

•pH da solução, exceto quando o pH é maior que 9

•Presença de sais24/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

CorrosãoComo prevenir ?

•Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco) •Lata (ferro revestido de estanho)•Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas à

superfície, que funcionam como elétrodo de sacrifício


Eletrólise • Reação de oxirredução não-espontânea

produzida pela passagem da corrente elétrica.

• Nas reações de oxirredução sempre ocorre alguma mudança do número de oxidação de pelo menos dois elementos (oxidante e redutor).

Pólo positivoPilha cátodo ânodo Célula eletrolítica ânodo cátodo


Referências Bibliográficas•Química – A Ciência Central, Theodore

Brown; edição nº. 9; Editora Pearson.


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