Eletroquímica

A Eletroquímica é a parte da química que estuda o relacionamento entre a corrente elétrica e as reações químicas:

Produção de corrente elétrica, através de uma reação química: pilha

Ocorrência de uma reação química pela passagem da corrente elétrica: eletrólise


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 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.

MENOR E0red
fluxo de elétrons
¾¾¾¾¾¾¾¾->
reação espontânea (DG <> 0)
MAIOR E0red


Função da Ponte Salina

Como você já sabe, a ponte salina consiste num tudo de vidro que contém gelatina saturada com um sal, como o KNO3, por exemplo. A ponte salina serve para permitir o escoamento de íons de uma semicela para outra.

Em medida que a pilha vai funcionando, verifica-se a tendência de se formar um excesso de íons Zn no eletrodo de zinco, pois ocorre a reação de oxidação:

No eletrodo de cobre há a tendência de ficar um excesso de íons SO , pois ocorre reação de redução dos íons Cu :

Esses excessos de carga bloqueariam a pilha se não existisse a ponte salina, que permite o escoamento dos íons em excesso.



Cálculo da ddp
O calculo da diferença de potencial pode ser feito com a fórmula: D E = Eoxid - Ered

(maior) (menor)

Assim para pilha de Daniell temos:

Trabalho espontâneo: é um processo espontâneo, o valor de D E é sempre positivo.

Trabalho elétrico da pilha: Energia responsável pelo trabalho químico recebe o nome de energia livre (G).

A variação de energia livre (D E) mede o trabalho realizado pelo sistema.

D G = -nF*D E.



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

1ª lei: A massa da substância formada no eletrodo, bem como a massa da substância decomposta, são diretamente proporcionais à carga elétrica que atravessa a solução: M=k1Q

2ª lei: a massa da substância formada no eletrodo, bem como a massa da substância decomposta, são diretamente proporcionais ao respectivo equivalente-grama: m=k2E

Equação Geral da Eletrólise

São duas: M=kEQ e m=e Q

96500C = m = 1E

1C = m = 1e


(Copiado, na íntegra, do site http://www.coladaweb.com/ )

1 Comentário:

nenem disse...

muito bom esse site tem tudo oque eu procuro..

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