Quimica

1.Objetivos

• Observação de uma reação de óxido-redução;

• Montagem da pilha de Daniell;

• Verificar que a ligação de pilhas em serie soma as voltagens;

• Por meio das semi-reações redox, calcular a ddp de uma pilha;

• Identificar os eletrodos de uma pilha (catodo e anodo);

• Identificar os polos positivos e negativos de uma pilha.

 

2 Introdução teórica

As reações de óxido-redução são aqueles em que o Nox de pelo menos uma das espécies envolvidas no processo sofre alteração. Normalmente, uma das espécies sofre oxidação enquanto outro sofre redução. Se o elemento tem seu Nox aumentado algebricamente, então ele sofre oxidação; se ele tem seu Nox diminuído algebricamente, então ele sofre redução.

Por exemplo:

Zn (s) --- Zn²+ (aq) + 2e-

O zinco metálico teve seu Nox aumentado de zero (Zn) para +2 (Zn²+); portanto, sofreu oxidação.

Cu²+(aq) + 2e- ---- Cu(s)

O íon cobre teve seu Nox diminuído de +2 (Cu+²) para zero (Cu);portanto, sofreu redução.

 

2.1 A pilha de Daniell

A primeira pilha de Daniell, construída em 1836, apresentava um esôfago de boi no lugar da ponte salina, com a finalidade de separar as duas soluções salinas. Como a ponte salina é difícil de ser montada e o esôfago de boi é difícil de ser encontrado e seu manuseio é desagradável, vamos usar um recipiente de porcelana não vitrificado (placa porosa), com a mesma finalidade. Como as velas do filtro de água comuns são feitas deste material, o primeiro procedimento será serra uma das velas, obtendo um copo de porcelana porosa.

 

2.2 Esquemas da pilha de Daniell

No compartimento da esquerda, temos uma placa de zinco metálica imersa em uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4 ---- Zn²+ (aq) +SO4²- (aq)). No compartimento da direita, temos uma placa de cobre metálica imersa em uma soluçao de sulfato de cobre II (CuSO4 --- Cu²+ (aq) + SO4²- (aq)).

Os dois compartimentos (chamados de eletrodos) são ligados por um fio externo por onde irão circular os elétrons e por meio de uma ponte salina (esta pode ser substituída por uma membrana porosa).

 

2.3 Pilhas em funcionamento

Uma vez fechado o circuito, o zinco começa a oxidar-se e os íons cobre a reduzirem-se. Os dois processos ocorrem simultaneamente, e podem ser representados como semi-reações de oxidação e redução. A equação global da pilha pode ser obtido somando duas semi-reações, conforme ilustrada a seguir:

Zn (s) --- Zn²+(aq) + 2e- semi-reação de oxidação

Cu²+(aq) + 2e- --- Cu(s) semi-reação de redução

Zn (s) + Cu²+ (aq) --- Zn²+ (aq) +Cu (s) equação global

Conforme representado no esquema da pilha de Daniell, os elétrons gerados na oxidação do zinco circulam pelo fio externo e chegam ate a placa de cobre. Os íons Cu²+ presente na solução, em contato com estes elétrons, irão sofrer redução.

Desse modo, a medida que a pilha funciona, a placa de zinco vai sendo gasta (diminuindo a massa – como a intensidade da corrente é pequena , essa diminuição não e tão pronunciada) e a concentração de íons Zn²+ em solução vai aumentando de massa e a concentração de íons Cu²+ em solução vai diminuindo.

 

2.4 O papel da ponte salina

No inicio, antes de a pilha começar a funcionar, as duas soluções dos dois compartimentos são eletricamente neutras. No eletrodo da esquerda, a quantidade de cargas positivas (devido ao Zn²+) é igual a quantidade de cargas negativas (devido SO4²-) e , no eletrodo da direita, a quantidade de cargas positivas (devido ao Cu²+) também é igual a quantidade de cargas negativas devido (SO4²-).

No entanto, a medida que a pilha começa a funcionar, devido a oxidação do zinco, a quantidade de Zn²+, em solução, vai aumentando. Para manter a neutralidade de cargas, os anions contidos na ponte salina se deslocam para solução. No eletrodo da direita, devido a redução do Cu²+, a quantidade de cargas positivas vai diminuindo; para manter a neutralidade de cargas, cátions contidos na ponte salina se deslocam para a solução.

A neutralidade de cargas é fundamental para o funcionamento da pilha, pois, um acumulo de cargas positivas no eletrodo da esquerda atrairá os elétrons (carga negativa) impedindo seu fluxo para o eletrodo da direita. Do mesmo modo, um acumulo de cargas negativas no eletrodo da direita criaria uma barreira (cargas iguais se repelem) para o fluxo de elétrons neste sentido.

 

2.5 Conversões das pilhas

• Anodo – eletrodo em que ocorre o processo de oxidação e que fornece elétrons pelo circuito externo.

• Catodo – eletrodo em que ocorre o processo de redução e que recebe elétrons do circuito externo.

O anodo é o polo negativo da pilha (-) enquanto o catodo é o polo positivo (+).

Os elétrons fluem do anodo para o catodo por um fio externo.

Os anions da ponte salina (NO3) fluem na direção do anodo e os catodos (K+) fluem em direção ao catodo.

 

2.6 Representações e uma pilha

A IUPAC (União Internacial de Química Pura e Aplicada ) sugere uma maneira esquemática simplificada de representar uma pilha. Por exemplo, para pilha de Daniell, a representação ficaria da seguinte maneira:

Zn(s) | Zn²+ (aq) || Cu²+ (aq)| Cu (s)

Do lado esquerdo, é representa a cemicela e, que ocorre a oxidação (anodo) e, do lado direito, a cemicela em que ocorre a redução (catodo). A barra vertical ( | ) indica a fronteira que separa duas fases e a barra dupla ( || ) indica a ponte salina ou uma membrana porosa.