Universidade Federal de Itajubá

Apresentação em tema: "Universidade Federal de Itajubá"— Transcrição da apresentação:

1 Universidade Federal de Itajubá
Eletroquímica Fabio Augusto Dias – FLI – 13164 Rodrigo de Souza Ribeiro – EPR – 13950 Rodrigo José Tosetto – EPR – 17014 Prof. Dr. Élcio Barrak

2 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Introdução A eletroquímica é o estudo das relações entre a eletricidade e as reações químicas. A fabricação de baterias, a galvanização elétrica e a corrosão de metais são exemplos de processos que envolvem a eletroquímica. 1/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

3 Reações de Oxirredução
São aquelas em que um ou mais elementos tem seu número de oxidação variado (nox) Zn(s) + 2 H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g) Agente oxidante sofre redução. Agente redutor sofre oxidação. 2/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

4 Balanceamento de equações de oxirredução
Obedecer à lei da conservação de massa. Os elétrons recebidos e dados devem estar balanceados. Balancear a equação através de semi-reações de oxidação e redução. 3/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

5 Balanceamento de equações de oxirredução
Método das semi-reações Reações em meio ácido Adiciona-se H+ e H2O na equação 4/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

6 Balanceamento de equações de oxirredução
Exercício Complete e faça o balanceamento da seguinte equação pelo método das semi-reações: Cr2O72-(aq) + Cl-(aq) Cr3+(aq) + Cl2 (g) Resposta: 14 H+(aq) + Cr2O72-(aq) + 6 Cl-(aq) Cr3+(aq) + 7 H2O (l) + 3 Cl2 (g) 5/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

7 Balanceamento de equações de oxirredução
Método das Semi-reações Reações em meio básico Adiciona-se OH- e H2O na equação 6/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

8 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Células voltaicas Dispositivo que usa a energia liberada em uma reação espontânea de oxirredução para realizar trabalho elétrico 7/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

9 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Células voltaicas Ânodo: elétrodo onde ocorre a oxidação Cátodo: elétrodo onde ocorre a redução O fluxo de elétrons ocorre do ânodo para o cátodo pelo circuito externo 8/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

10 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Células voltaicas 9/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

11 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Fem de pilhas Diferença de Potencial: A diferença de energia potencial entre dois elétrodos é medida em volts. 1 volt (V) é a diferença de potencial necessária para fornecer 1 (J) de energia para uma carga de 1 coulomb (C). 1 (V) = 1 J/C 10/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

12 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Fem de pilhas Força eletromotriz (fem): É a força diretora que movimenta os elétrons ao longo de um circuito externo, de acordo com a sua diferença de potencial (ddp). Potencial-padrão de redução: Calculado a partir da semi-reação de redução do H+. Eocel = Eored (cátodo) – Eored (ânodo) 11/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

13 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Fem de Pilhas 12/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

14 Espontaneidade da Reação
Elemento de maior potencial de redução, representa o agente oxidante. Elemento de menor potencial de redução, representa o agente redutor. Ecel > 0 : processo espontâneo. Ecel < 0: processo não-espontâneo. 13/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

15 Fem e variação de energia livre
Para um processo que ocorre em condições ideais de temperatura e pressão, obtemos a energia livre de Gibbs, que relaciona a espontaneidade da reação: G = -nFE n = número de elétrons transferidos (n>0 e adimensional). F = constante de Faraday (96485 C/mol ) 14/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

16 Efeito da concentração sobre a fem da pilha
A concentração dos reagentes varia à medida que a célula voltaica é utilizada, alterando a fem, de acordo com a equação de Nernst, onde n = nº de elétrons transferidos e Q o cociente de concentrações: Desenvolvendo-se para T = 298 K → 15/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

17 Fem da célula em equilíbrio químico
Quando E = 0, a célula estará em equilibrio químico, e o quociente Q = Keq, onde: 16/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

18 Pilhas de Concentração
Pilhas de concentração ocorrem quando, tanto o ânodo quanto o cátodo possuem o mesmo elemento químico e a Fem depende exclusivamente da diferença de concentração. 17/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

19 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Curiosidade 18/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

20 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Baterias e pilhas São fontes de energia eletroquímica fechada e portátil que consistem em uma ou mais células voltaicas Pilhas primárias: não podem ser recarregadas Pilhas secundárias: podem ser recarregadas 19/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

21 Baterias e pilhas Utilização de baterias ou pilhas no dia-a-dia:
Bateria de chumbo e ácido (automotiva); Bateria de sódio e enxofre (automóveis elétricos); Pilhas alcalinas; Pilhas secas; Baterias de níquel-cádmio, níquel-hidreto metálico e íon lítio (dispositivos eletrônicos portáteis); 20/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

22 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Baterias e pilhas Zn (s) Zn2+ + 2e- (reação anódica) Cu2+ + 2e Cu (s) (reação catódica) 21/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

23 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Baterias e pilhas Elétrodo-padrão 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. 22/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

24 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Corrosão 23/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

25 Corrosão O que acelera a corrosão? Oxigênio Água
pH da solução, exceto quando o pH é maior que 9 Presença de sais 24/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

26 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Corrosão Como prevenir ? Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco) Lata (ferro revestido de estanho) Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas à superfície, que funcionam como elétrodo de sacrifício 25/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Eletrólise Reação de oxirredução não-espontânea produzida pela passagem da corrente elétrica. Nas reações de oxirredução sempre ocorre alguma mudança do número de oxidação de pelo menos dois elementos (oxidante e redutor). Pólo positivo Pilha cátodo ânodo Célula eletrolítica 26/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto

28 Referências Bibliográficas
Química – A Ciência Central, Theodore Brown; edição nº. 9; Editora Pearson. 27/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto