Físico química , pilhas e eletrólise

Introdução

   A tendência de perder ou doar elétrons das substâncias, visando o equilíbrio, gera um tema de estudo na química, conhecido como Eletroquímica . O termo pilha é empregado para se referir a um dispositivo constituído de dois eletrodos e um eletrólito que são dispostos de maneira a produzir energia elétrica. O eletrólito deve sempre ser um condutor iônico. Reações de oxi-redução tanto podem gerar corrente elétrica, como serem iniciadas por uma corrente elétrica. Esta última recebe o nome especial de
eletrólise, e a primeira é responsável pelas pilhas, baterias e acumuladores.

  Quando os eletrodos são ligados a um aparelho elétrico, flui uma corrente pelo circuito, pois o ânodo (eletrodo negativo) oxida-se espontaneamente, liberando elétrons e o cátodo (eletrodo positivo), utilizando esses elétrons liberados, reduz-se. Essa reação redox permite o fluxo de corrente elétrica através do circuito.

   As células galvânicas ou voltaicas armazenam energia elétrica. As baterias são geralmente feitas de várias dessas células conectadas em uma única célula. Nessa células, as reações que ocorrem nos eletrodos tendem a prosseguir espontaneamente e produzem um fluxo de elétrons do ânodo para o cátodo através de um condutor externo. Alternativamente, uma ponte salina, que pode ser um tubo em formato de “U” contendo em seu interior uma solução salina, como o NaCl e o KCl (o mais utilizado) fechado por material poroso, interligando as soluções. A função da ponte salina é permitir a migração de íons de uma solução para a outra, de modo que o número de íons positivos e negativos na solução de cada eletrodo permaneça em equilíbrio, prolongando o funcionamento da pilha por mais tempo. A ponte salina permite a passagem dessas cargas entre as soluções ou eletrólitos. 

   Nestas condições pode-se calcular uma diferença de potencial da pilha, que é dada pela diferença entre os potenciais padrões de redução do cátodo e do ânodo:

                                       DDP = E°catodo     –    E°ânodo

Como as condições padrões determinadas experimentalmente são raras de acontecer, Nernst desenvolveu uma equação capaz de adaptar potenciais padrões às condições experimentais, cuja equação é a seguinte:

                                   E = E° + R.T/n.F.lna

Onde T é a temperatura de trabalho, “a” é a concentração inicial da solução, “n”
é o número de elétrons variados no processo de oxidação ou redução, F é a constante de Faraday e R a constante universal dos gases.

   Outro tipo de pilha que utiliza energia elétrica para produzir reações é denominado célula eletrolítica. Essa pilha produz reações não espontâneas quando há uma diferença de potencial. Os componentes básicos desse tipo de pilha são o gerador de corrente contínua, banho eletrolítico e os eletrodos. A eletrólise pode acontecer de duas maneiras: ígnea ou aquosa. Eletrólise ígnea é a passagem de corrente elétrica em uma substância iônica no estado de fusão, enquanto eletrólise aquosa é a passagem de corrente elétrica através deum líquido condutor. O ato de recobrir uma superfície de metal com uma camada de outro metal é conhecido como galvanização. Quando a corrente elétrica é ligada, os íons positivos migram através de uma determinada solução até atingirem o ânodo, ficando lá depositados.

Objetivo

Realizar montagem de pilhas analisando a ocorrência de elétrons e os respectivos potenciais obtidos, além de verificar, por meio de evidências experimentais a ocorrência de reações não espontâneas e espontâneas obtidas por eletrólise.

Procedimentos

• Montagem de pilha

1. Pilhas com eletrodos de Cu2+ (0,10 mol.L-1)/Cu(s) e Zn2+ (0,10 mol.L-1)/Zn(s)

Para montagem de pilha com eletrodos de Cu2+ (0,10mol/L-1)/Cu (s) e Zn2+ (0,10 mol/L-1), montou-se uma pilha com eletrodos de cobre imersos em solução aquosa de CuSO4  (0,10 mol/L-1) e zinco imerso em solução aquosa de ZnSO4 (0,10 mol/L-1), com voltímetro e Ponte salina de KNO3. Anotando-se o valor da ddp obtida.

1. Pilhas com eletrodos de Cu2+ (0,10 mol.L-1)/Cu(s) e Pb2+ (0,10 mol.L-1)/Pb(s)

Para montagem da pilha com eletrodos de Cu2+ (0,10 mol/L-1)/Cu (s) e Pb2+ (0,10 mol/L-1)/Pb (s), repetiu-se o procedimento anterior, porém, trocou-se o eletrodo de Zinco imerso em ZnSO4 por um eletrodo de Chumbo imerso em Pb(NO)3 0,10 mol/L-1. Anotando-se o valor da ddp obtida.

1. Pilhas com eletrodos de Pb2+ (0,10 mol.L-1)/Pb(s) e /Zn2+ (0,10 mol.L-1)/Zn(s)

Para a montagem da pilha com eletrodos de Pb2+ (0,10 mol/L-1)/Pb (s) e Zn2+ (0,10 mol/L-1)/Zn (s), repetiu-se o procedimento da letra B, mas substituiu-se o eletrodo de Cobre imerso em solução de seus íons por um eletrodo de zinco imerso em solução de ZnSO4 0,10 mol/L-1. Anotando-se o valor da ddp obtida.

1. Pilhas de concentração com eletrodos de: Cu2+ (1,0x10-4 mol.L-1)/Cu(s) e Cu2+(0,10 mol.L-1)/Cu(s)

Para a montagem da pilha de concentração com eletrodos de Cu2+ (1,0×10-4 mol/L-1)/Cu (s) e Cu2+ (0,10 mol/L-1)/Cu (s), repetiu-se o procedimento da letra A. Porém, substituiu-se o eletrodo de Zinco imerso em solução de seus íons por um eletrodo de Cobre imerso em solução de CuSO4 1,0x10-4 mol/L-1. Anotando-se o valor da ddp obtida.

1. Pilhas com eletrodos: Cu2+(1,0x10-4 mol.L-1)/Cu(s) e Pb2+ (0,10 mol.L-1)/Pb(s)

Para montagem de uma pilha com eletrodos Cu2+ (1,0×10-4 mol/L-1)/Cu (s) e Pb2+ (0,10 mol/L-1)/Pb (s), repetiu-se o procedimento da letra D, substituindo-se o eletrodo de Cobre imerso em solução de CuSO4 0,10 mol/L-1 de seus íons por um eletrodo de chumbo imerso em solução de  Pb(NO3)2 0,10 mol/L-1. Anotando-se o valor da ddp obtida.