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Eletroquímica: Pilha
Pilha:Reação de óxido-redução espontânea que gera corrente elétrica.
Considere o exemplo abaixo.
Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu
OxidaçãoRedução
0 +2 +2 0
Esta reação pode ser considerada uma Pilha?
Esta reação pode ser considerada uma Pilha?
Cu2+ SO42-
Zn
Solução CuSO4
Não, pois temos transferência de elétrons sem gerar corrente elétrica.
Condição para que uma Reação de Oxidorredução gere corrente elétrica.
Zn2+
Zn(eletrodo de zinco)
a) Separar em meia-célula
Meia célula de zinco
Condição para que uma Reação de Oxidorredução gere corrente elétrica.
Cu2+
Cu(eletrodo de cobre)
a) Separar em meia-célula
Meia célula de cobre
Condição para que uma Reação de Oxidorredução gere corrente elétrica.
b) Unir os eletrodos por um fio metálico.
Zn2+ Cu2+
A
CuZn
Pilha de DaniellJustificando a transferência de elétrons do zinco para o cobre
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Zn
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CuNo eletrodo de Zn o número de e- livres é maior do que no eletrodo de Cu, pois o Zn é mais reativo que o Cu, isto é, o Zn tem maior tendência de doar e- que o Cu.
No eletrodo de Zn temos uma maior repulsão de e- que são enviados para o eletrodo de Cu (repulsão menor).
Pilha de Daniell
Zn2+
Cu2+
A
CuZn
Zn2+ Zn2+
Zn2+Zn2+
Excesso de Zn2+
e-
Excesso de ânions SO42-
SO42-
SO42- SO4
2-
SO42- SO4
2-
SO42-
Pilha de DaniellUso do amperímetro.
Aparelho usado para medir a corrente elétrica.
Para não interferir na medida da corrente elétrica da pilha, a resistência interna do amperímetro deve ser baixa. A resistência baixa para que o e- que entra no amperímetro seja igual ao e- que sai do amperímetro.
Pilha de Daniell
O excesso de Zn2+:
Dificulta a saída de e-
O excesso de SO42-
Dificulta a entrada de e-(maior repulsão devido ao excesso de cargas negativas)
A pilha deixa de funcionar!
Pilha de DaniellPonte salina
Zn2+ Cu2+
A
CuZnKNO3
Justificando a transferência de elétrons do zinco para o cobre
Zn2+
Cu2+
A
CuZn
Zn2+ Zn2+
Zn2+Zn2+
e-
SO42-
SO42- SO4
2-
SO42- SO4
2-
SO42-
Pilha de DaniellUso da ponte salina
K+ NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-NO3-
K+
K+
K+
K+
K+
Pilha de DaniellUso da ponte salina
A função da ponte salina é manter o equilíbrio de cargas nas duas soluções (manter neutra as mesmas)
Pilha de DaniellFuncionamento.
Quando a pilha esta funcionando temos as duas semi-reações se processando
Semi-reação de oxidação
Semi-reação de redução
Semi-reação global
Zn Zn2+ + 2e-
Cu2+ + 2e- Cu
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
Caso tenhamos metais diferentes devemos verificar a fila de reatividade dos metais.
Pilha de DaniellFila de reatividade dos metais
Alcalinos, alcalinos terrosos, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sr, Pb, H Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.
Alguma Manhosa Zangada Cruel Feriu Nilton Sem Problema Hoge
Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Teoria da dupla camada eletrizada.
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Zn2+Zn2+
Zn2+ Zn2+
Solução aquosa de ZnSO4
Quando um metal é colocado em uma solução iônica temos o seguinte equilíbrio.
Zn Zn2+ + 2e-
Zn
Teoria da dupla camada eletrizada.
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Cu2+Cu2+
Cu2+ Cu2+
Solução aquosa de CuSO4
Quando um metal é colocado em uma solução iônica temos o seguinte equilíbrio.
Cu Cu2+ + 2e-
Cu
Pilha de DaniellEquilíbrio de cargas.
Teoria da dupla camada eletrizada.
a)Zinco
Zn Zn2+ + 2e-
Perde e-
O equilíbrio desloca para direita
b)Cobre
Cu Cu2+ + 2e-
O equilíbrio desloca para esquerda
ganha e-
Cálculo da ddp da Pilha.
Para medir a ddp de uma pilha devemos substituir o amperímetro por um voltímetro.
Para medir a ddp da pilha não pode haver passagem de corrente elétrica portanto a resistência interna do voltímetro deve ser elevada.
Zn2+
Cu2+
V
CuZn
Zn2+ Zn2+
Zn2+Zn2+
SO42-
SO42- SO4
2-
SO42- SO4
2-
SO42-
K+ NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-NO3-
K+
K+
K+
K+
K+
Cálculo da ddp da Pilha.
1,10V
Cálculo da ddp da Pilha.
O valor 1,10V demonstra que cada metal tem potencial, isto é a diferença desses potenciais resultou 1,10V.
Zn2+ Cu2+
V
CuZn
1,10V
KNO3
Como determinar os potenciais de eletrodo(E)
Determinação do potencial de eletrodo do Zn
Zn2+
V0,76V
KNO3
H2 1atm
25ºC
Zn
[Zn2+] mol.L-1
2H+ SO42-
[H+] mol.L-1Pt negra
Determinação do potencial de eletrodo do Cu
Cu2+
V0,34V
KNO3
H2 1atm
25ºC
[Cu2+] mol.L-1
2H+ SO42-
[H+] mol.L-1
Como determinar os potenciais de eletrodo(E)
Cu
Pt negra
Construção da tabela
Zn Zn2+ + 2e- E0=+0,76V
2H+ + 2e- H2 E0=0,0V
Cu2+ + 2e- Cu0 E0=+0,34V
Padronização da IUPAC (potencial redução)
Zn2+ + 2e- Zn E0=-0,76V
2H+ + 2e- H2 E0=0,0V
Cu2+ + 2e- Cu0 E0=+0,34V
Cálculo da ddp da pilha de Daniell
Zn Zn2+ + 2e-
Cu2+ + 2e- Cu
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
E0=+0,76V
E0=+0,34V
E0=+1,10V
Ou
PilhaMaior Ered:redução
Menor Ered:oxidação
Δ
ΔE=Emaior -Emenor = 0,34 – (-0,76) = 1,1V
Tabela de potencial redox
http://educar.sc.usp.br/quimapoio/pilh.html
Tabela de potencial redox
Tabela de potencial redox
