Pilhas E Eletrólise

Plano de aula – pilhas e eletrólise

Objetivo

O objetivo da aula é explicar os conceitos de pilhas e eletrólise, evidenciando as reações químicas e a diferença entre os temas.

Conteúdos abordados

- Conceito de reações de oxido-redução.

- Conceituar processos eletroquímicos espontâneos (pilhas).

- Célula eletroquímica.

- A pilha de Daniell: conceito de eletrodo, ponte salina, ânodo, cátodo, cálula voltaica ou semicélula.

- Semirreação de oxidação, semirreação de redução e equação iônica global.

- Potencial de eletrodo.

- Potenciais-padrão de redução

- Cálculo de diferença de potencial de uma pilha.

- Conceituar processos eletroquímicos não espontâneos (eletrólise).

- Reações de eletrólise: células ou cubas eletrolíticas, eletrodos, cátodos, ânodos.

- Eletrólise ígnea.

- Eletrólise aquosa.

Público alvo

Alunos do 2º ano do ensino médio.

Conceito de pilhas

A eletroquímica abrange todos processos químicos que envolvem transferência de elétrons. Quando um processo químico ocorre, produzindo transferência de elétrons, é chamado de pilha ou bateria, mas quando o processo químico é provocado por uma corrente elétrica, este processo é denominado de eletrólise.

. Célula eletroquímica e pilha de Daniell

As primeiras aplicações importantes da eletricidade provieram do aperfeiçoamento das pilhas voltaicas originais pelo cientista e professor inglês John Daniell, em 1836.

Pilhas eletroquímicas são sistemas que produzem corrente contínua e baseiam-se nas diferentes tendências para ceder e receber elétrons das espécies químicas. 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.

. Sentido dos elétrons

Os elétrons circulam do eletrodo de maior potencial de oxidação para o de menor potencial de oxidação. No caso da pilha de Daniell os elétrons vão do zinco para o cobre.

. Pólos da pilha

Pólo positivo – o de menor potencial de oxidação – Cu.

Pólo negativo – o de maior potencial de oxidação – Zn.

. Cátodo e Ânodo

Cátado – placa de menor potencial de oxidação – Cu. Onde ocorre redução.

Ânodo – placa de maior potencial de oxidação – Zn. Onde ocorre oxidação.

. Variação de massa nas placas

Placa de maior potencial de oxidação – diminui – Zn.

Placa de menor potencial de oxidação – aumenta – Cu.

. Equação global da pilha

Zn(s) + Cu(aq)+2 → Zn(aq)+2 + Cu

A pilha de Daniell é representada pela seguinte notação:

Zn°/Zn2+//Cu2+/Cu°

Ânodo - Ponte Salina ( // ) - Cátodo

. Ponte salina

A parede porosa (de porcelana, por exemplo) tem por função manter constante a concentração de íons positivos e negativos, durante o funcionamento da pilha. Ela permite a passagem de cátions em excesso em direção ao cátodo e também a passagem dos ânions em direção ao ânodo. Atravessando a parede porosa, os íons em constante migração estabelecem o circuito interno da pilha.

. Semirreação de oxidação e redução

Seja uma reação que ocorre quando submergimos uma barra de zinco numa solução contida de íons Cu+2, obtida através da dissolução de sulfato de cobre em água.

Normalmente, a reação que ocorrerá pode ser representada pela equação abaixo:

Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)

Os sais estão dissociados:

Veja que os íons não participam de fato da reação:

A reação é formada a partir de uma conversão de elétrons do átomo de zinco para o íon Cu2+.

Na reação citada, cobre metálico é depositado na superfície do zinco e a cor azul do íon Cu2+oculta-se quando é substituído pelo íons Zn+2 incolor.

A reação pode ser dividida em duas partes:

Zn(s) Zn+2 + 2e- (reação anódica)

O eletrodo de cobre é o cátodo, um eletrodo no qual se realiza a redução.

2e- + Cu+2 Cu(s) (reação catódica)

ânodo = local onde ocorre oxidação

cátodo = local onde ocorre redução

Ao somar as duas semirreações, obtemos a reação global. Veja que o número de elétrons cedidos é igual ao número de elétrons recebidos.

Zn(s) + Cu(aq)+2 → Zn(aq)+2 + Cu

. Potencial de eletrodo, potencial-padrão de redução e cálculo da diferença de potencial de uma pilha.

Se utilizarmos um voltímetro em uma pilha, conseguiremos identificar a diferença de potencial (U ou ddp) ou força eletromotriz (fem ou E) entre os dois eletrodos. No entanto, não é possível identificar dessa forma os potenciais de redução ou oxidação de cada eletrodo.

Os cientistas precisavam conhecer esses valores para estudar os processos de oxirredução, assim estabeleceram um estado de referência. Isso significa que se convencionou medir o potencial de cada eletrodo em relação a um outro eletrodo