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Pilhas e Baterias uma oxidação útil
Química – 12º Ano Marília Peres
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Reações de oxidação-redução
Uma reação de oxidação-redução, ou reação redox, é uma reação em que há transferência total ou parcial de eletrões, como se verifica pela variação dos números de oxidação de alguns elementos. Uma reação de oxidação-redução é constituída por duas semirreações simultâneas: a semirreação de oxidação e a semirreação de redução. Na semirreação de oxidação há aumento do número de oxidação (n.o.) de um elemento, enquanto na semirreação de redução há diminuição do número de oxidação (n.o.) de um elemento. Reação de dismutação ou de auto oxidação-redução é uma reação de oxidação-redução onde o mesmo elemento é simultaneamente reduzido e oxidado. Marília Peres
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Acerto de equações de Oxidação-Redução (meio ácido)
Escrever as semiequações de oxidação e de redução Acertar os átomos em cada equação exceto os de O e H Acertar os átomos de O, acrescentando moléculas de H2O Acertar os átomos de H, acrescentando iões H+ Acertar as cargas, acrescentando eletrões no membro com excesso de carga + Acertar os eletrões captados e libertados multiplicando as semiequações por um factor Somar as semiequações membro a membro Marília Peres
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Acerto de equações de Oxidação - redução (meio alcalino)
Escrever as semiequações de oxidação e de redução Acertar os átomos em cada equação exceto os de O e H Acertar os átomos de O, acrescentando iões OH- Acertar os átomos de H, acrescentando moléculas de H2O, por cada átomo de H a acertar; adicionar o mesmo número de iões OH- ao outro membro. Acertar as cargas, acrescentando eletrões no membro com excesso de carga + Acertar os eletrões captados e libertados multiplicando as semiequações por um factor Somar as semiequações membro a membro Marília Peres
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Galvani e Volta 1781 Luigi Galvani a partir de estudos, realizados em coxas de rã descobriu que músculos e células nervosas eram capazes de produzir eletricidade, que ficou conhecida como então como a eletricidade galvânica. Tal observação fez com que Galvani investigasse a relação entre a eletricidade e a animação - ou vida. Por isso é atribuída a Galvani a descoberta da bioeletricidade. Fonte: Marília Peres
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Galvani e Volta 1800 Alessandro Volta desenvolveu a pilha voltaica (comprovando que para a produção de eletricidade, a presença de tecido animal não era necessária), um predecessor da bateria elétrica. Volta determinou que os melhores pares de metais dissimilares para a produção de electricidade eram zinco e prata. Fonte: Marília Peres
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Energia elétrica a partir de reações de oxidação-redução
pilhas eletroquímicas ou células galvânicas Uma das aplicações mais úteis das reações de oxidação-redução é a produção de eletricidade. As pilhas eletroquímicas, também chamadas células voltaicas ou células galvânicas, são dispositivos capazes de produzir energia elétrica à custa de uma reação de oxidação-redução espontânea. Adaptado de Texto Editores
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Energia eléctrica a partir de reações de oxidação-redução
pilhas eletroquímicas ou células galvânicas As duas semirreações ocorrem em simultâneo; a transferência de eletrões do zinco para o cobre é feita localmente. O fundamento de uma pilha eletroquímica é separar as semirreações de oxidação e de redução, de modo que os eletrões circulem externamente através de um fio condutor. Nas pilhas: Ânodo – eléctrodo negativo - Oxidação Cátodo – eléctrodo positivo - Redução Ponte Salina – migração dos iões eletroneutralidade das soluções Adaptado de Texto Editores
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Energia eléctrica a partir de reacções de oxidação-redução
Fonte: Ver também:
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Energia elétrica a partir de reações de oxidação-redução.
notação de uma pilha ou diagrama de pilha Na pilha de Daniell tem-se: A pilha de Daniell (também chamada de célula de Daniell) é uma pilha constituída de elétrodos de cobre e zinco interligados e respectivamente imersos em solução de Cu2+ e Zn2+ . Foi inventada pelo físico-químico britânico John Frederic Daniell em 1836, um grande avanço sobre a pilha de Volta utilizada até então, nos primórdios da criação das baterias
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Energia eléctrica a partir de reações de oxidação-redução.
Na pilha de Daniell tem-se: Nas Pilhas em que os reagentes são iões é necessário usar elétrodos sólidos e condutores – Platina e Grafite Pt Red 1, Ox Ox 2, red2 Pt Adaptado de Texto Editores
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Força Eletromotriz de uma Pilha
O fluxo de eletrões do ânodo para o cátodo é o resultado da existência de uma diferença de potencial elétrico entre esses elétrodos. A diferença de potencial máxima obtida numa pilha chama-se potencial da célula ΔECélula ou força eletromotriz da pilha (f.e.m.) e corresponde à diferença de potencial «em circuito aberto». A f.e.m. funciona como uma força «impulsionadora» que «empurra» os eletrões produzidos no elétrodo onde se dá a oxidação até ao eléctrodo onde se dá a redução Marília Peres
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Potencial padrão de redução e extensão das reações de oxidação-redução
A diferente tendência das várias espécies químicas para se oxidarem ou se reduzirem pode ser deduzida através do potencial normal de redução (p.n.r.), ou potencial padrão, que revela quantitativamente o poder oxidante de cada espécie. (1,0 mol/dm3 , 1,01x105 Pa; 298 K) O potencial padrão de redução, ou E0, mede a tendência relativa de uma espécie para se reduzir (aceitar eletrões) Para conhecer o potencial padrão de uma semicélula, liga-se esta ao eléctrodo padrão de hidrogénio e mede-se a d.d.p.. ΔE º Célula = E º Cátodo – E ºânodo
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Tendência dos metais para se oxidarem.
Reatividade crescente: maior tendência dos metais para se oxidarem, maior poder redutor dos metais. Reactividade crescente: maior tendência dos iões para se reduzirem, maior poder oxidante dos iões. 12ºQ – Texto Editores
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Elétrodo padrão de hidrogénio - EPH
E0 (H+ / H2) = 0,00 V
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Medição do potencial padrão de redução
(com o elétrodo padrão de hidrogénio)
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A F.E.M. de uma pilha nas condições padrão
A f.e.m. de uma pilha, nas condições padrão (E0pilha), pode calcular-se pela diferença entre o p.n.r. da espécie que se reduz na reação direta e o p.n.r. da espécie que se reduz na reação inversa. Neste caso, temos: E0pilha = 0,34 – (–0,40) = 0,74 V A f.e.m. de uma pilha pode ser entendida como a diferença de potencial (d.d.p.) produzida entre os dois elétrodos. Adaptado de Texto Editores
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Espontaneidade das reações de Oxidação-Redução
A f.e.m. de uma pilha ou tensão da pilha (ou célula eletroquímica) pode ser calculada a partir dos potenciais padrão de redução. E°cel = E°cátodo - E°ânodo Ou de um modo mais simples a reação é espontânea no sentido direto se a espécie que sofre redução apresenta o maior valor de potencial padrão de redução.
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Equação de Nernst n – número de eletrões Q – quociente da reação redox
Adaptado de Rosa Pais
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1 - Represente o diagrama desta pilha.
2 - Calcule a sua f.e.m. (condições padrão)
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Tipos de Pilhas Pilhas primárias – São células galvânicas com os reagentes selados dentro de um invólucro. Como não se podem recarregar, depois de gastas não podem voltar a ser usadas. Pilhas secundárias ou acumuladores – podem recarregar-se se forem ligadas a uma corrente eléctrica, podendo ser usadas de novo. Pilhas de combustível – São pilhas cujos reagentes devem ser constantemente renovados e os produtos constantemente removidos. Pilhas de concentração – São pilhas cujas semicélulas são constituídas pelo mesmo material, mas cujos iões em solução têm concentrações diferentes.
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PILHAS DE COMBUSTÍVEL Eléctrodos – grafite
Solução electrolítica – KOH (aq)
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O rendimento desta pilha é muito elevado , rondando os 70% a 80%.
O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e- → 4 OH-(aq) 2{H2(g) + 2 OH-(aq) → 2 H2O(l) + 2 e-} 2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) Jogo de Partículas – 12º Texto Editores E°cel = E°O2/OH- - E°H2O/H2 = V – ( V) = V O rendimento desta pilha é muito elevado , rondando os 70% a 80%. Prentice-Hall © 2002
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