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Eletroquímica e Pilha

Para melhor entender a eletroquímica, vamos recordar algo sobre oxidação e redução.

  • Oxidação: Quando uma espécie química perde elétrons na reação.
  • Redução: quando uma espécie química recebe elétrons na reação.


A Série da Reatividade Química

Analisando em conjunto os resultados obtidos na seqüência anterior de experiências verificamos que existe uma determinada ordem para que a reação ocorra, isto é, não basta simplesmente juntar duas espécies químicas: um metal e uma solução. A natureza impõe condições para que haja reação entre um determinado par de metal/catíon.

Nas experiências que descrevemos, observamos que:

  • Al cede elétrons ao Zn ;
  • Zn cede elétrons ao Cu ;
  • Cu não cede elétrons ao Zn .

Podemos dispor esses metais em uma seqüência que indique a preferência em ceder elétrons, ou, como é chamada, uma série de reatividade química.


Pilha

Pilha é qualquer dispositivo no qual uma reação de oxirredução espontânea produz corrente elétrica.

Cátodo é o eletrodo no qual há redução (ganho de elétrons). É o pólo positivo da pilha.

Ânodo é o eletrodo no qual há oxidação (perda de elétrons). É o pólo negativo da pilha.

Os elétrons saem do ânodo (pólo negativo) e entram no cátodo (pólo positivo) da pilha.

Pilhas comerciais

    * Pilha seca comum (Leclanché)
    * Pilha alcalina comum
    * Pilha de mercúrio
    * Bateria de níquel-cádmio
    * Bateria de chumbo
    * Pilha de combustível

Representação convencionada pela IUPAC

Ânodo/Solução do ânodo//Solução do cátodo/Cátodo

Exemplo: Pilha de Daniell: Zn/Zn2+//Cu2+/Cu


Eletrodo padrão

Eletrodo padrão é aquele no qual as concentrações das substâncias em solução é igual a 1 mol/L e a temperatura é de 25°C.

No caso de um gás participar do eletrodo, sua pressão deve ser igual a 1 atm.

Por convenção, o potencial padrão de eletrodo do hidrogênio é igual a zero e o seu potencial padrão de redução é igual a zero:

2H+ + 2e⇒  H2  

E0red = 0 (convenção)

A IUPAC eliminou o termo potencial de oxidação. Sempre deve ser usada a expressão potencial de redução.

A medida do potencial padrão de redução de um dado eletrodo padrão é feita medindo-se a ddp de uma pilha padrão na qual uma das semipilhas é um eletrodo padrão de hidrogênio e a outra é o eletrodo padrão cujo E0red se quer medir.

  • Quanto maior for o E0red, mais fácil será a redução e mais forte será o oxidante.

  • Quanto menor for o E0red, mais difícil será a redução e mais fraco será o oxidante.

  • Quanto maior for o E0red, mais difícil será a oxidação e mais fraco será o redutor.

  • Quanto menor for o E0red, mais fácil será a oxidação e mais forte será o redutor.


Corrosão

Corrosão do ferro

Reação global: 2Fe + 3/2O2 + xH2O  ⇒

Fe2O3 · xH2O
Ferrugem

Proteção contra a corrosão

* Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco)
* Lata (ferro revestido de estanho)
* Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas na superfície e que funcionam como eletrodo de sacrifício


Eletrólise

Eletrólise é uma reação de oxirredução não-espontânea produzida pela passagem da corrente elétrica.

Cátodo da cela eletrolítica é o eletrodo negativo, isto é, ligado ao pólo negativo do gerador. Nele ocorre sempre uma reação de redução.

Ânodo da cela eletrolítica é o eletrodo positivo, isto é, ligado ao pólo positivo do gerador. Nele sempre ocorre uma reação de oxidação.

  Pólo Positivo
Pólo Negativo
Pilha Cátodo ânodo
Célula Eletrolítica ânodo Cátodo

Na eletrólise em solução aquosa de sais de metais alcalinos (Na+, K+...), alcalino-terrosos (Ca2+, Ba2+...) e de alumínio (Al3+), a descarga no cátodo não é a dos respectivos cátions, mas ocorre segundo a equação:

2H2O + 2e- ⇒ H2 + 2(OH)-

Nas eletrólises em solução aquosa e com ânodo inerte (Pt ou grafite) de sais oxigenados (SO42-, NO3-, PO43-...) não há a descarga dos respectivos ânions oxigenados, mas ocorre a descarga segundo a equação:

H2O 2H+ + ½O2 + 2e-

O ânion F-, embora não seja oxigenado, comporta-se como os ânions oxigenados em relação à descarga no ânodo.

Nas eletrólises em solução aquosa com ânodo de metal não-inerte M (prata ou metal mais reativo que a prata), a descarga que ocorre no ânodo é segundo a equação:

M M x+ + xe-

Ag Ag+ + e- 

Cu Cu2+ + 2e-

Purificação eletrolítica do cobre - Faz-se a eletrólise de CuSO4 em solução aquosa usando como cátodo um fio de cobre puro e como ânodo um bloco de cobre impuro. Nesse processo, precipita a lama anódica que contém impurezas de Au, Ag, Pt, etc., da qual são posteriormente extraídos esses metais.

Galvanoplastia - Douração, prateação, niquelação, cromeação, etc., feitas por via eletrolítica.

Aplicações da eletrólise  

  • Obtenção de metais (Al, Na, Mg)
  • Obtenção de NaOH, H2 e Cl2
  • Purificação eletrolítica de metais
  • Galvanoplastia

Equação Geral da Eletrólise

São duas: M = kEQ e m = eQ

96500C = m = 1E
1C = m = 1e


Bibliografia 

http://www.fisica.net
http://www.feiradeciencias.com.br

Autoria: Valdilene Costa


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