roteiro pilhas

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Manual de Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia Prof Angela Costa 2012-1

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o Experimento ELETROQUMICA:

PILHAS E ELETRLISE

1) OBJETIVOS

Observar as diferenas dos processos de eletroqumicos nos quais uma reao qumica de oxi-reduo gera energia eltrica (pilha) e daqueles onde a energia eltrica utilizada para promover uma reao qumica de oxi-reduo (eletrlise);

1 Escrever as semi-reaes envolvidas nos processos espontneos (pilhas) e no espontneos (eletrlise);

Construir grficos de diferena de potencial x tempo das pilhas e comparar o potencial encontrado experimentalmente com o potencial terico para uma pilha de Daniell;

Diferenciar a eletrlise com eletrodos inertes e no inertes.

2) INTRODUO A Eletroqumica a parte da qumica que estuda os processos que

envolvem as interconverses das energias eltrica e qumica em reaes de oxi-reduo. Muitas dessas reaes so comuns como a combusto, o processo metalrgico, a corroso dos metais, a fotossntese, a respirao, etc.

H dois tipos bsicos de processos eletroqumicos: um em que energia

eltrica gerada a partir de reaes espontneas de oxi-reduo, e outro em que a energia eltrica utilizada para efetuar reaes que no ocorreriam espontaneamente. Para que os processos eletroqumicos possam ser observados, so necessrios os condutores metlicos ou no metlicos (como a grafite), para permitir o fluxo dos eltrons, e os condutores eletrolticos (solues ou lquidos contendo ons), para permitir o fluxo de ons.

O processo espontneo de reao qumica para a produo de energia

eltrica o que ocorre nos dispositivos conhecidos como pilhas ou clulas galvnicas, a exemplo dos diversos tipos de pilhas utilizadas comercialmente.

REA 1 - FACULDADE DE CINCIA E TECNOLOGIA Engenharia Ambiental e Sanitria Engenharia Civil Engenharia da Computao Engenharia de Controle e Automao Engenharia de Produo Engenharia Eltrica

Manual de Laboratrio Qumica Aplicada Engenharia

Professores: Aldenor Gomes, Ana Carla Rgis Elisngela Andrade, Luana Sena, Maricleide Lima e Tatiana Oliveira.

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Quando a energia eltrica empregada para promover uma reao qumica de oxi-reduo, o processo recebe o nome de eletrlise, muito importante industrialmente na produo de metais, do hidrxido de sdio, do gs cloro, do hipoclorito de sdio, etc.

3) PRINCPIOS

Em uma pilha, a espcie que apresenta maior potencial de reduo

(Ered) sofre reduo. Esta reao ocorre no ctodo, o eletrodo carregado

positivamente (+). A outra espcie, de maior potencial de oxidao (Eoxi), sofre oxidao e esta reao ocorrer no nodo, o eletrodo carregado negativamente (-), como pode ser observado de acordo com o sentido de migrao espontnea dos eltrons apresentado na pilha de Daniell ilustrada na figura 1.

O E de uma pilha corresponde diferena entre os potenciais de reduo ou de oxidao das espcies envolvidas em condies padro:

E = (Ered maior) - (Ered menor)

ou

E = (Eoxi maior) - (Eoxi menor)

Figura 1: Esquema da Pilha de Daniell




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Condies padro: espcies com concentrao 1 molar e possveis gases envolvidos com presso de 1 atmosfera a 25 C

A eletrlise para ser realizada necessita do fornecimento de energia eltrica, o que pode ser feito atravs de um gerador, para que os eltrons sejam retirados do nodo (+), onde ocorre oxidao e cheguem ao catodo (-), onde ocorre a reduo.

O material a ser eletrolisado deve possuir ons, em fase lquida (fundida),

chamada eletrlise gnea ou em soluo aquosa, eletrlise aquosa. Desta forma ser promovida a descarga dos ons, transformando-os em substncias simples (metlicas ou no-metlicas) ou em substncias compostas, como o hidrxido de sdio, o hipoclorito de sdio, etc.

4) MATERIAIS E REAGENTES Vidrarias e Diversos: Kits para clulas galvnicas e eletrolticas contendo, eletrodos de cobre, zinco, magnsio e grafite, recipientes de vidro com tampa contendo 3 orifcios, fios condutores, tubos de vidro de formato em U, bqueres, provetas, multmetros, geradores, pedao de lixa, palha de ao, moeda, cronmetros, piscete contendo gua destilada.

Conveno dos potenciais:

Potencial de reduo

EoH+(aq) , H2(g) = 0,0 V

Potencial de oxidao

EoH2(g) , H+(aq) = 0.0 V

Figura 2: Eletrodo Padro de Hidrognio




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Reagentes: Solues de cido clordrico (HCl), hidrxido de sdio (NaOH), sulfato de cobre (CuSO4), sulfato de zinco (ZnSO4), todas de concentrao 0,1 mol L-1. Soluo de iodeto de potssio (KI) 5 %, e soluo de fenolftalena.

5) PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

PILHAS

1) Os recipientes de vidro devem conter 3/2 da soluo referente ao

respectivo sistema qumico. 2) Inserir em 2 dos 3 furos um eletrodo de magnsio e um eletrodo de cobre,

prendendo-os com um pedacinho de massa de modelar (para que os eletrodos no caiam dentro do frasco ou no se toquem) e lig-los a um multmetro.

3) Com os sistemas constantes da tabela abaixo, anotar a fora eletromotriz

(fem) ou diferena de potencial (E), em volt (V), nos tempos, em minutos, estabelecidos:

Sistema Perodo (min)

0 1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 25 30

I

II

III

Sistemas:

I Mg/Cu/Soluo de cido clordrico 0,1 mol L-1

II Mg/Cu/Soluo de hidrxido de sdio 0,1 mol L-1

III Pilha de Daniell: Zn/ZnSO4 // Cu/CuSO4




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ELETRLISE

PARTE I ELETRLISE DE UMA SOLUO AQUOSA COM ELETRODOS IGUAIS

A) ELETRODOS NO-INERTES

1) Num bquer de 50 mL colocar 25 mL de soluo aquosa de nitrato (ou

sulfato) de cobre 0,5 mol L-1;

2) Introduzir os eletrodos de cobre (fios de cobre previamente lixados) ligados aos terminais do gerador e aguarde por 2 a 3 minutos. No deixe o fio encostar um no outro. Observe e anote.

B) ELETRODOS INERTES: ELETRLISE DE UMA SOLUO AQUOSA DE IODETO DE POTSSIO

1) Num bquer de 50 mL colocar 25 mL de soluo de iodeto de potssio a 5 % e 5 gotas de fenolftalena. Transferir o contedo para um tubo em U;

2) Prender os eletrodos de grafite aos fios e fazer as ligaes. Deixar a

eletrlise se processar durante uns 15 minutos. Observar e anotar as mudanas de cor da soluo prximas ao nodo e ao ctodo.

PARTE II FOLHEANDO COM COBRE

1) Num bquer de 50 mL colocar 25 mL de soluo aquosa de nitrato (ou sulfato) de cobre 0,5 mol L-1. Introduzir na soluo o eletrodo de cobre previamente lixado (placa);

2) Usando garras, ligar o plo positivo da bateria (vermelho) na placa de

cobre e o plo negativo na moeda (aps limp-la com uma lixa ou esponja de ao) a ser revestida. Mergulhar essa moeda na soluo




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durante 1 minuto e observar. Se necessrio, mergulhar novamente para um melhor folheamento. Observar e anotar.

6) TPICOS OBRIGATRIOS A SEREM DISCUTIDOS

Os objetivos foram alcanados? Justifique se SIM ou NO.

Explicar os principais fenmenos observados no experimento.

Os dados e observaes obtidos esto de acordo com o esperado teoricamente? Justifique.

Construir grficos de potencial x tempo (min) e explicar por que os valores dos potenciais medidos nas pilhas construdas foram diferentes para todos os sistemas utilizados, com o passar do tempo. Explicar tambm as possveis diferenas encontradas entre os potenciais medidos e aqueles esperados teoricamente.

Escrever todas as semi-reaes e reaes globais das pilhas formadas e das eletrlises realizadas, identificando para cada uma delas os agentes oxidantes e redutores.

Explicar as diferenas observadas entre as eletrlises realizadas com eletrodos inertes e no-inertes.

Pesquisar a aplicao dos princpios deste experimento no dia-a-dia (na residncia, na indstria...).

Tecer comentrios sobre a relevncia do contedo deste experimento no seu curso.

7) BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

RUSSEL, John B. Qumica Geral, vol. 2. Traduo de Marcia Guekezian et alli. 2a Ed., So Paulo: Makron Books, 1994.




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