A Eletroquímica pode ser descrita como o aproveitamento das reações de oxirredução

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Relatório da 2ª Aula Prática de Físico-Química

Título da Prática: “Eletroquímica”

Docente: Cinthia S. Soares

Discentes: 09. Daniele Santos, 10. Eduardo Gomes, 11. Fernanda Stanzani, 12. Giovanna Costa

Data de realização da prática: 20/12/2013

Data de entrega do relatório: 21/01/2014

Introdução

A eletroquímica pode ser descrita como o aproveitamento das reações de oxirredução, em que há transferência de elétrons, para a formação de corrente elétrica, bem como o processo inverso: formação de energia química por meio da energia elétrica (eletrólise).

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Desse modo, a Eletroquímica costuma ser dividida em duas partes:

• Conversão de energia química em energia elétrica

Trata-se do estudo das pilhas e baterias, que são dispositivos onde são colocadas espécies químicas para reagirem espontaneamente, havendo transferência de elétrons entre elas, sendo que uma se reduz e a outra oxida. Essa transferência de elétrons é aproveitada para gerar corrente elétrica e é por isso que esses dispositivos também são chamados de acumuladores.

A diferença entre as pilhas e as baterias é que as primeiras são compostas apenas por dois eletrodos (um cátodo (polo positivo onde ocorre a redução) e um ânodo (polo negativo onde ocorre a oxidação)) e um eletrólito (solução condutora de íons). Já as baterias são formadas por várias pilhas ligadas em série, em que o polo positivo de uma é ligado ao polo negativo da outra e assim sucessivamente. Por exemplo, a bateria de chumbo usada nos automóveis é composta de 6 pilhas com força eletromotriz igual a 2V cada uma. Portanto, essa bateria possui 12V.

        Dos tipos de pilha existentes, onde há conversão de energia química em energia elétrica, pode-se destacar três: A Pilha de Daniell, a Pilha de Ferro e Cobre e a Pilha de Concentração.

• Pilha de Daniell

        A pilha de Daniell é constituída de uma placa de Zinco (Zn) em uma solução de ZnSO4 e uma placa de Cobre (Cu) em uma solução de CuSO4. As duas soluções são ligadas por uma ponte salina, ou por uma parede porosa.

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Os elétrons circulam do eletrodo de maior potencial de oxidação para o de menor potencial de oxidação. Ou seja, os elétrons vão do zinco para o cobre. A pilha possui os pólos positivo e negativo. No negativo, está o de maior potencial de oxidação (Zn) e no positivo está o de menor potencial de oxidação (Cu). No catodo está a placa de menor potencial de oxidação (Cu), onde ocorre redução. E no anodo está a placa de maior potencial de oxidação (Zn), onde ocorre oxidação.

A pilha de Daniell é representada pela seguinte notação:

Zn(s) / Zn2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
Anodo - Ponte Salina ( // ) - Catodo

• Pilha de Ferro e Cobre

A pilha de Ferro e Cobre possui o mesmo esquema da pilha de Daniell, porém com soluções e placas diferentes (no caso, Ferro e Cobre). Essa pilha, no experimento realizado em laboratório, era constituída de uma placa de Ferro (Fe) em uma solução de FeCl3(s) e uma placa de Cobre (Cu) em uma solução de CuSO4. As duas soluções são ligadas por uma ponte salina de KCl.

Os elétrons circulam do eletrodo de maior potencial de oxidação para o de menor potencial de oxidação. Ou seja, os elétrons vão do Ferro para o cobre. A pilha possui os pólos positivo e negativo. No negativo, está o de maior potencial de oxidação (Fe) e no positivo está o de menor potencial de oxidação (Cu). No catodo está a placa de menor potencial de oxidação (Cu), onde ocorre redução. E no anodo está a placa de maior potencial de oxidação (Fe), onde ocorre oxidação.

A pilha de Ferro e Cobre é representada pela seguinte notação:

Fe(s) / Fe2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
Anodo - Ponte Salina ( // ) - Catodo

• Pilha de concentração

Numa pilha de concentração os eletrodos e os eletrolitos são iguais no catodo e no anodo, só muda a concentração das soluções aquosas dos eletrólitos. E a solução que estiver mais concentrada tem maior tendência para sofrer redução, como é o exemplo do Cobre:

Cu+2 + 2e- → Cu(s)

Segundo o princípio de Le Chatelier, a reação tenderá a ocorrer no eletrodo que tiver a maior concentração de Cu2+, pois a reação ocorre mais extensamente no sentido direto.

Logo, o eletrodo mergulhado na solução mais concentrada funciona como catodo, pois ocorre a reação de redução, e portanto absorção de eletrons, e o eletrodo mergulhado na solução menos concentrada funciona com ânodo.

E como os metais utilizados são iguais, a sua tendência para sofrerem redução ou oxidação é semelhante, pelo que a energia elétrica produzida será muito pequena, não chegando à ordem de grandeza dos Volts.

• Conversão de energia elétrica em energia química

Trata-se da eletrólise, uma reação não espontânea provocada pelo fornecimento de corrente elétrica por um meio no estado líquido que possui íons, produzindo reações químicas que transformam energia elétrica em energia química. Se o líquido for uma substância fundida e não houver presença de água, é nomeada uma eletrólise ígnea. Mas se for uma solução aquosa, é nomeada uma eletrólise em meio aquoso. 

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A eletrólise é feita em uma cuba eletrolítica, onde o líquido é colocado e são mergulhados nele dois eletrodos: geralmente inertes, feitos de platina ou grafita, ou podem ser eletrodos ativos, que sofrem reação de oxirredução. Os principais casos de uso de eletrodos ativos são: a purificação eletrolítica de metais, como o zinco, cobalto, níquel e, principalmente, o cobre, e também a galvanoplastia.

No caso da Purificação Eletrolítica do Cobre, há capacidade de produzir cobre com uma pureza de cerca de 99,9% e é usado, principalmente, para fazer fios de cobre que, se tiverem o mínimo de impureza, podem ter a sua capacidade de conduzir a corrente elétrica muito diminuída. E na Galvanoplastia, é aplicado um revestimento metálico (de um metal mais nobre) sobre um material que se deseja proteger de corrosão. A peça que será recoberta é o próprio catodo, já o anodo deve ser constituído do metal que se deseja revestir a peça. Pode-se usar também no anodo um eletrodo inerte, e a solução aquosa eletrolítica deve ser feita de um sal do metal que será usado para revestir a peça. Esses eletrodos (ativos ou inertes) estão ligados a um gerador que fornece a corrente elétrica.