QUMICA II
QUMICA IIEletroqumicaPILHA (PILHA DE DANIELL)
Em 1836, o qumico e meteorologista ingls John Frederic Daniell
(1790-1845) construiu uma pilha diferente da at ento conhecida na
poca como a pilha de Alessandro Volta. Nesta pilha ele interligou
dois eletrodos, que eram sistemas constitudos por um metal imerso
em uma soluo aquosa de um sal formado pelos ctions desse metal.
A Pilha de Daniell composta por um eletrodo negativo chamado de
nodo, que cede eltrons para o eletrodo positivo chamado de ctodo. O
nodo uma placa de zinco mergulhada em uma soluo de sulfato de zinco
(ZnSO4), enquanto que o ctodo uma placa de cobre mergulhada em uma
soluo de sulfato cobre (CuSO4).
Esses dois eletrodos foram interligados por um circuito eltrico
que continha uma lmpada, pois se ela acendesse, indicaria o
surgimento de uma corrente eltrica. Alm disso, havia uma ponte
salina entre elas. Essa ponte era constituda de um tubo de vidro em
U contendo uma soluo aquosa concentrada de um sal bastante solvel.
As extremidades do tubo so revestidas com um algodo.
Com o circuito fechado, a lmpada se acende e aps, algum tempo, a
placa de zinco corroda e tem a sua massa diminuda, j na de cobre
ocorre o contrrio, sua massa aumenta. Nota-se tambm que h um
aumento da concentrao em mol/L dos ons Zn2+ e uma diminuio dos ons
Cu2+.
Daniell percebeu que se ligasse esses dois eletrodos, o mais
reativo doaria seus eltrons para o ction menos reativo em vez de
fazer isto com os ctions da sua prpria soluo. Neste caso, o zinco o
mais reativo e sofre oxidao, doando os eltrons para o cobre, por
isso a diminuio da sua massa. O eletrodo que sofre oxidao o polo
negativo, chamado de nodo. O eletrodo de cobre o que sofre a reduo,
o ction cobre recebe os dois eltrons do zinco, e denominado
ctodo.
REAO GLOBAL
CLULA ELETROQUMICAUma clula eletroqumica um dispositivo que
utiliza reaes de xido- reduo para produzir a interconverso de
energia qumica e eltrica. Existem dois tipos de clulas
eletroqumicas: as clulas de galvncia, ou mais conhecidas como pilha
eltrica, nas quais energia qumica convertida em energia eltrica, e
as clulas eletrolticas, nas quais energia eltrica convertida em
energia qumica.
DIAGRAMAS DE CLULAAs pilhas so comumente representadas mediante
uma notao simplificada chamada diagrama de clula, segundo a IUPAC.
Tomando como exemplo a pilha de Daniell o diagrama :
Zn(s) | Zn2+(aq) | Cu2+(aq) | Cu(s)
Onde cada smbolo e frmula representa a fase em que a substncia
ou espcie se encontra e as linhas verticais representam interfases
ou junes.Quando uma ponte salina est presente para minimizar o
potencial de juno lquida, escreve-se uma linha dupla vertical para
dizer que a juno foi eliminada: Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) |
Cu(s)
Uma ponte salina contm um eletrlito forte que permite que ctions
ou nions migrem para a soluo onde so necessrios para manter a
neutralidade de carga. Ela crucial em uma pilha, ao permitir que os
ons fluam para cada semiclula, a ponte fecha o circuito e permite
que a corrente flua. Um fio pode transportar uma corrente de
eltrons, mas no pode transportar os ons necessrios para completar o
circuito. PASSO A PASSO PARA ACHAR A REAO GLOBAL1. Identificar as
semi-reaesVisto que as clulas de galvncia j vm representadas de
forma simplificada, basta apenas separ-las e organiz-las,
balanceando se preciso. Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) A
esquerda do diagrama encontra-se o nodo, onde ocorre oxidao, ou
seja, perda de eltrons, logo: Zn(s)Zn2+(aq)+2e-E a direita do
diagrama encontra-se o ctodo, onde ocorre reduo, ganho de eltrons,
logo: 2e-+Cu2+(aq)Cu(s)
2. Alinhar as semi-reaes e buscar eliminar os eltrons
Zn(s)Zn2+(aq)+2e- 2e-+Cu2+(aq)Cu(s) _______________________________
Zn(s)+Cu2+(aq) Zn2+(aq)+Cu(s) (REAO GLOBAL)
Exerccios:
Considere a pilha em funcionamento esquematizada a seguir:
Qual a reao global desta pilha?
Resposta: Zn(s)+ 2Ag+(aq) Zn2+(aq)+ 2Ag(s)
2) Dada a pilha Al | Al3+ || O-2 | O2 determine a reao
globalResposta: 2Al3++6O2- 2Al+ 3O2
Observando a pilha abaixo responda: Mg | Mg2+|| Fe3+|Fe
Quem sofre oxidao?Quem sofre reduo?Quais as semi reaes?Ache a
reao global. POTENCIAL DE REDUO
Quanto maior o potencial de reduo de um elemento, maior a
tendncia em ganhar eltrons. Portanto, ele recebe eltrons de um
outro elemento de menor potencial de reduo. Para o potencial de
oxidao, quanto maior o valor de E0, maior a tendncia em perder
eltrons e, portanto, ceder eltrons para outro elemento de menor
potencial de oxidao.Por exemplo:
Dados: Cu2++ 2 eCu E = + 0,34 V Zn2++ 2 eZn E = 0,76 VPara
sabermos se a reao espontnea ou no, devemos adotar a seguinte
conduta: verificar, no sentido indicado da reao, a espcie que sofre
oxidao (perde e) e a espcie que sofre reduo (ganha e); se a espcie
que sofre reduo apresentar um maior que o da espcie que sofre
oxidao, a reao espontnea; caso contrrio, no.
O fato de o on Cu2+apresentar um Eredmaior significa que ele
possui capacidade de atrair edo Zn(s), e, sendo assim, a reao ser
espontnea.Observaes Objetos metlicos podem ser protegidos da
corroso de vrios modos diferentes:
Aplicao de uma camada de tinta na superfcie metlica; Cobrir a
superfcie metlica com outro metal (eletrlise); Colocar o metal a
ser protegido em contato com outro metal que apresente um potencial
de oxidao maior. Neste caso, o metal de maior potencial de oxidao
sofre corroso (oxidao), protegendo o metal de menor potencial de
oxidao. Por exemplo, Mg e Zn so utilizados para a proteo do Fe
contra a ferrugem. Mg e Zn so denominadosmetaisde sacrifcio.
TABELA DOS EredPotenciais de Reduo (Ered) expressos em volts
(Soluo aquosa 1M a 25 C e 1atm)
ELETRLISE
Consiste em uma reao de oxirreduo no espontnea. o inverso de uma
pilha. Na eletrlise h a necessidade de uma fonte externa de
corrente eltrica contnua para que uma reao no espontnea ocorra.O
recipiente em que se realiza a eletrlise recebe o nome de cuba
eletroltica.O eletrlito, substncia que conduz eletricidade, deve
ser um composto inico lquido, ou em soluo. Pode ser um composto
molecular, desde que este se ionize quando em soluo.
COMO FUNCIONA A ELETRLISE
Os ons negativos so atrados pelo nodo, onde perdero eltrons. Os
eltrons cedidos ao plo positivo migram atravs do circuito externo
at o polo negativo. L, estes sero ganhos pelos ons positivos. Para
que ocorra a eletrlise necessrio a presena de ons livres.
ELETRLISE GNEAComo j vimos anteriormente, para que ocorra uma
eletrlise necessria a presena de ons livres. Um composto inico, no
estado slido, no deve sofrer eletrlise, j que no possui ons livres.
Uma forma de liberar os ons deste composto aquec-los at a fuso. A
eletrlise que ocorre, nessas condies, chamada eletrlise
gnea.Exemplo Eletrlise gnea do NaCl
ELETRLISE EM SOLUES AQUOSASQuando um eletrlito dissolvido em gua
(havendo ionizao ou dissociao do mesmo), alm dos seus ons, devemos
considerar a ionizao da prpria gua:
Exemplo Suponhamos uma soluo aquosa de AB. Os ons presentes na
soluo sero: A+(aq) e B-(aq) provenientes do eletrlito AB. H+(aq) e
OH-(aq) provenientes da gua.Consultando a tabela de Ered se
verificarmos que H+(aq) possui maior Ered que, o A+(aq) o H+(aq) se
reduzir mais facilmente. Assim, a reao que ocorre, neste caso, a
descarga do H+(aq).No caso dos nions em soluo, podemos dizer que,
quanto maior a eletronegatividade do nion, maior ser sua tendncia
de atrair os eltrons e, portanto, mais difcil ser do-los. Suponha,
no exemplo anterior, que B seja menos eletronegativo que OH. Logo,
B perder eltrons mais facilmente (descarrega primeiro).
A seguir, mostramos a ordem crescente de facilidade de descarga
para ctions e nions. Ctions: IA+, IIA2+, Al3+, H+, ctions restantes
(atrados pelo plo ).
nions: F, nions oxigenados, OH-
LEIS DE FARADAY
Corrente eltrica(i) a carga eltrica que atravessa a seo
transversal de um circuito dividida pelo intervalo de tempo. A
unidade do SI usada para expressar corrente eltrica oampre,
simbolizado por A, definido como C/s (Coulomb por segundo). Dessa
forma, dizer que uma corrente de 1 A passa por um circuito
significa dizer que a carga de 1C passa por ele num intervalo de
1s. O aparelho utilizado para medir a corrente eltrica o
ampermetro, que fornece o resultado da medida em ampres. O
ampermetro mede, portanto, quantos coulombs de carga passam por ele
a cada segundo. Para saber a carga eltrica que atravessa um
circuito durante certo tempo, basta multiplicar a corrente eltrica
(em A) pelo intervalo de tempo (em s), ou seja Q= i.t.Em 1909, o
fsico americano Millikan determinou que a carga eltrica de um
eltron igual a 1,6x10-19C. Como sabemos que um mol de eltrons
corresponde a 6,02x1023e-, a quantidade de carga transportada pela
passagem de um mol de eltrons dada pelo produto entre esses dois
valores, ou seja: 1,6x10-19x 6,02x1023= 9,65x104C ou 96500C
(quantidade de carga transportada por um mol de eltrons,
denominadaConstante de Faraday (1F).Conhecendo a quantidade de
carga fornecida em uma eletrlise, possvel prever a quantidade
(massa, mol, etc) de substncias que sero produzidas nesse processo.
Com isso, no incio do sculo XIX, Michael Faraday estabeleceu
algumas relaes quantitativas conhecida como leis da Faraday para a
eletrlise. So elas:(1)A quantidade de substncia produzida pela
eletrlise proporcional quantidade de eletricidade utilizada e
(2)Para uma dada quantidade de eletricidade a quantidade de
substncia produzida proporcional sua massa equivalente.
1 LEI DE FARADAYA massa (M) de uma substncia formada ou
transformada numa eletrlise, diretamente proporcional carga eltrica
(Q) que atravessa o circuito. Logo: m = K.QSabendo-se que Q = i.t m
= K.i.tOnde:m= massa da substancia em gramas (g);K= constante de
proporcionalidade;Q= carga eltrica, dada em Coulomb (C);i =
corrente eltrica, sendo sua unidade o ampre (A);t = tempo de
passagem da corrente em segundos (s);
A constante Kchamada deconstante de Faraday equivalente a
6,02.1022 = 1 mol e- = 96500Coulomb = 1Faraday
2 LEI DE FARADAYA massa de uma substncia, formada ou
transformada numa eletrlise, diretamente proporcional ao
equivalente-grama, E, dessa substncia. Logo: m = K.EOnde:E=
equivalente-grama (g)E= massa molar/ n de carga(nox) Ex:
considerando que a massa molar do Cu 63,5 e que o Nox +2,
ento:E=63,5/2= 31,75g Juntando as duas Leis de Faraday, teremos: m=
K.E.Q ou m= K.E.i.tcomo K vale logo:
Exerccios:Quais sero as massas dos metais depositadas em cada
cuba eletroltica, considerando que elas foram submetidas a uma
corrente de 10 A, durante 45 minutos? (Massas Molares: Cu = 63,5
g/mol, Ag = 108 g/mol e Fe = 56 g/mol).
Numa pilha deflashantiga, o eletrlito est contido numa lata de
zinco que funciona como um dos eletrodos. Que massa de zinco
oxidada a Zn+2durante a descarga desse tipo de pilha, por um perodo
de 30 minutos, envolvendo uma corrente de 5,36x10-1A?
Determine o equivalente-grama de uma substncia formada em um
eletrodo, sabendo que, ao passar uma corrente de 9,65A de
intensidade durante 8 minutos e 20 segundos, formam-se 1,4g de
substncia.
