ELETROQUÍMICA * Eletrólise *Pilhas

ELETROQUÍMICA 1) Eletrólise: reações provocadas pela corrente elétrica. 2) Pilhas: reações que produzem corrente elétrica.

Eletrólise é a reação não espontânea provocada pela passagem de corrente elétrica, através de uma solução. ELETRÓLISE

Para o pólo negativo (cátodo) migram os cátions da solução, ocorrendo a sua redução. X+ + e-  Xo ELETRÓLISE

Para o pólo positivo (ânodo) migram os ânions da solução, ocorrendo a sua oxidação. Y- - e-  Yo ELETRÓLISE

No circuito externo, o cátodo é o eletrodo onde chegam elétrons e o ânodo, onde saem os elétrons. ELETRÓLISE

Eletrólise ínea do NaCℓ

Au+3, Ag+, Cu+2, Ni+2, Fe+2, H+ , Ca+2, K+, ... Se a eletrólise ocorre em meio aquoso, há uma preferência na competição de íons que sofrem descarga. CÁTIONS Au+3, Ag+, Cu+2, Ni+2, Fe+2, H+ , Ca+2, K+, ... ÂNIONS Cℓ-, Br-, I-, OH- , SO4-2, NO3-,... A preferência na descarga (perda de carga) ocorre em função do potencial de oxi - redução da espécie iônica envolvida. ELETRÓLISE

*** Produtos da eletrólise do NaCℓ (aq) Exemplificando . . . *** Produtos da eletrólise do NaCℓ (aq) 2NaCℓ  2Na+ + 2Cℓ- 2H2O  2H+ + 2OH- Reação catódica (pólo -) 2H+ + 2 e-  H2(g) Reação anódica (pólo +) 2Cℓ- - 2 e-  Cℓ2(g) Sobra, na solução, 2NaOH (aq). ELETRÓLISE

Eletrólise aquosa do NaCℓ

ELETRÓLISE Leis de Faraday As Leis de Faraday estabelecem a massa de material que é produzida durante a eletrólise. 1a Lei: m  Q (Q = carga = i . t) 2a Lei: m  E (E* = equivalente-grama) ELETRÓLISE *E = Mol / nox

ELETRÓLISE Leis de Faraday Portanto, associado as duas leis . . . m = K.i.t.E K = 1/F = 1/96.500 C.mol-1 (constante) 96.500 C.mol-1 = 1 Faraday = carga de 1 mol de elétrons ELETRÓLISE

ELETRÓLISE Leis de Faraday Calcular a massa de níquel depositado numa eletrólise realizada durante 10 minutos, por uma corrente de 9,65 ampéres, usando uma solução aquosa de NiSO4. t = 10 min = 600 s i = 9,65 A E = 58,7/2 = 29,35g m = i.t.E / F = 9,65.600.29,35 / 96500 Resposta: m = 1,761 gramas ELETRÓLISE

APLICAÇÕES DA ELETRÓLISE * Banhos eletrolíticos de metais - cromo, níquel, zinco, cobre, ouro, prata,... APLICAÇÕES DA ELETRÓLISE

* Banho eletrolítico de níquel

Pilha de Botão PILHAS Pilha de Volta Pilha de Leclanché

Uma pilha (reação galvânica) é um processo que gera uma diferença de potencial*(ddp) e uma corrente elétrica(i). PILHAS *voltagem

Nesse processo associamos duas reações que apresentam potenciais de oxi-redução diferentes entre si. PILHAS

Os potenciais de oxi-redução “medem” a capacidade de oxidação ou de redução de um sistema. PILHAS

Para fins comparativos, arbitra-se potencial zero para a reação Para os cátions, os metais alcalinos e alcalino-terrosos, por serem muito eletropositivos, apresentam elevado potencial de oxidação enquanto que os metais de transição apresentam, em relação aos primeiros elevado potencial de redução. Para fins comparativos, arbitra-se potencial zero para a reação H2 - 2 e- → 2 H+ E = 0,0 V PILHAS

EXEMPLOS DE POTENCIAIS DE REDUÇÃO Zn2+(aq) + 2e- →Zn(s) -0,76 Cr3+(aq) + 3e- → Cr(s) -0,74 Fe3+(aq) + 2e- → Fe(s) -0,44 Cd2+(aq) + 2e- → Cd(s) -0,40 PbSO4(s) + 2e- → Pb(s) + SO2-4(aq) -0,31 Co2+(aq) + 2e- → Co(s) -0,28 Ni2+(aq) +2e- → Ni(s) -0,25 Sn2+(aq) + 2e- → Sn(s) -0,14 Pb2+(aq) + 2e- → Pb(s) -0,13 2H+(aq) + 2e- → H2(g) 0,00 Sn4+(aq) + 2e- → Sn2+(aq) +0,13 Cu2+(aq) + e- → Cu+(aq) +0,15 PILHAS

Uma das primeiras pilhas, de DANIELL, possui um eletrodo de Cu e outro de Zn. ÂNODO (-) CÁTODO (+) Solução de ZnSO4 Solução de CuSO4 Zn(s) - 2e -  Zn 2+ Cu2+ + 2e -  Cu(s) Oxidação Redução

Na pilha de Daniell o Zn tende a se oxidar pois apresenta menor potencial de redução ( - 0,76 V) enquanto cobre apresenta maior potencial de redução ( + 0,34 V). Para a reação global ocorre . . . Zno - 2 e-  Zn+2 Cu+2 + 2 e-  Cuo PILHAS

Associando as reações resulta . . . Zno + Cu+2  Zn+2 + Cuo * Zno sofre oxidação; * Cu+2 sofre redução. PILHAS

Representação da pilha de Daniell Zn / Zn+2 // Cu+2 / Cu (ânodo: -) (cátodo: +) PONTE SALINA fluxo de elétrons PILHAS oxidação redução redutor oxidante Epilha = Eoxidante - Eredutor (sempre usar o potencial de redução)

2. Contudo, tanto nas pilhas quanto nas reações de eletrólise . . . Observe que o sinal convencional do cátodo e do ânodo, na pilha, é o contrário do que ocorre na eletrólise. 1. Justifica-se . . . * eletrólise: reação “forçada” * pilha: reação espontânea. 2. Contudo, tanto nas pilhas quanto nas reações de eletrólise . . . - No cátodo chegam elétrons - Do ânodo saem elétrons PILHAS

Potencial na pilha de Daniell Eoxidante(Cu) = + 0,34 Volts Eredutor(Zn) = - 0,76 Volts Epilha = Eoxidante - Eredutor Epilha = + 0,34 - (- 0,76) = 1,10 Volts. Epilha > 0 : reação espontânea Epilha < 0 : reação não-espontânea PILHAS

Pilha comum (Leclanché) REAÇÕES: 1) Ânodo Zn - 2e-  Zn+2 2) Cátodo MnO2 + 2e-  Mn+2 cátodo de carbono (grafite) OUTRAS PILHAS ânodo de zinco pasta úmida de NH4Cℓ , MnO2 e carbono

Bateria ou acumulador (automóvel) (+) (-) OUTRAS PILHAS placas alternadas de Pb e PbO2 H2SO4 + H2O Pb (ânodo) PbO2 (cátodo)

PILHAS Tipo Tensão Aplicação típica Pilha de lítio 3V Câmaras fotográficas,calc uladoras,controle remoto,equipamento imagem Pilha de botão 1,5V Relógios Pilha alcalina Equipamentos portáteis de som, jogos, câmaras fotográficas Pilha seca Brinquedos, , relógios, lanternas Pilha de botão Zn-ar 1,4V Aparelhos auditivos Acumulador NiCd 1,2V Ferramentas elétricas, telefones sem fio Acumulador Ni-MH Câmera de vídeo , lap top, telefones sem fio Acumulador Li-Ion 3,6V PC portáteis, Câmaras de vídeo digitais PILHAS