Pilhas

PILHAS REAÇÃO PILHA ENERGIA QUÍMICA ELÉTRICA ELETRÓLISE

CONSTITUIÇÃO DAS PILHAS ELETRODOS metal solução do metal FIO CONDUTOR DE ELÉTRONS

PONTE SALINA OU PLACA POROSA Finalidade: Permitir o escoamento de íons de uma semicela para outra, de modo que cada solução permaneça sempre eletricamente neutra. Ponte Salina: Solução de água e sal. No caso da pilha de Daniell (solução de KCl)

MONTANDO UMA PILHA (PILHA DE DANIELL)

Nomenclatura dos eletrodos CÁTODO Pólo + ÂNODO Pólo - Desgaste da placa (corrosão) oxidação do metal ( Zn/Zn2+) ÂNODO Pólo negativo ( - ) concentra a solução pela oxidação do metal a íon Aumento de massa da placa Redução do íon (Cu2+/Cu) CÁTODO Pólo positivo ( + ) diluição da solução pela redução do íon da solucão

Reações das Pilhas REAÇÃO GLOBAL DA PILHA Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu e-  Semi-reação de oxidação (perda de e-) Sentido dos e- Semi-reação de redução (ganho de e-) REAÇÃO GLOBAL DA PILHA Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu

NOTAÇÃO OFICIAL DA PILHA As expressões eletrodo, cátodo e ânodo, surgiram no início do século 19, sugeridos pelo cientista inglês Michael Faraday (1791-1867). Derivados do grego, essas expressões assumem os seguintes significados: eletrodo: caminho da eletricidade cátodo: percurso inferior (eletrodo onde ocorre reducão) ânodo: percurso superior (eletrodo onde ocorre oxidação)

NOTAÇÃO OFICIAL DA PILHA Atualmente esses significados não possuem conotacão científica e constituem apenas uma curiosidade histórica.

NOTAÇÃO OFICIAL DA PILHA De acordo com o proposto pela IUPAC, as pilhas são representadas indicando para o leitor a semi-reação que deve ocorrer em cada eletrodo. Sentido em que as reações ocorrem (Oxidação / Redução) A0/A+ // B+/B0 Pólo – Oxidação ÂNODO Ponte salina Pólo + Redução CÁTODO Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu

POTENCIAL DE UMA PILHA O Potencial de um pilha é medido experimentalmente por um aparelho denominado VOLTÍMETRO, cujo objetivo é medir a força eletromotriz (fem ou E) da pilha.

POTENCIAL DE UMA PILHA O valor indicado pelo voltímetro, em volts (V), corresponde a diferença de potencial ou ddp (E) de uma pillha, e depende das espécies químicas envolvidas, das suas concentrações e da temperatura.

POTENCIAL DO ELETRODO Potencial normal (ou Padrão) do Eletrodo Símbolo = E0 Unidade = volt (V) Conceito: é a grandeza que mede a capacidade que o eletrodo possui de sofrer oxi-redução nas condições padrão Condição Padrão Concentração da solução: 1 mol/L; Pressão: 1 atm Temperatura: 25oC

E = E0 redução - E0 redução maior menor CÁLCULO DO E DA PILHA E = E0 redução - E0 redução maior menor E = E0 oxidação - E0 oxidação maior menor ou

MEDIÇÃO DOS POTENCIAIS Eletrodo Padrão Por convenção foi escolhido o eletrodo de hidrogênio H2 / 2H+ como eletrodo padrão. Esse eletrodo possui potencial de oxidação e/ou redução igual a ZERO H2  2H+ + 2e E0 = 0,00 V 2H+ + 2e  H2 E0 = 0,00 V

Pilha de zinco-hidrogênio Para determinar o potencial dos eletrodos, vamos montar duas pilhas, tomando como base o eletrodo de hidrogênio: Conclusões: O fluxo dos elétrons: eletrodo de Zn para o eletrodo de hidrogênio; O Zinco está sofrendo oxidação e o íon hidrogênio, redução; O eletrodo de hidrogênio tem MAIOR potencial de redução; O eletrodo de zinco tem MENOR potencial de redução (sofre oxidação). Zn  Zn2+(aq) +2e- oxidação 2H+(aq) + 2e-  H2 redução

Aplicando a equação do E O valor 0,76 V apresentado no voltímetro pertence ao eletrodo de Zinco, pois o eletrodo de hidrogênio possui E0 = zero Aplicando a equação do E E = E0 redução - E0 redução maior menor 0,76 = E0H2 - E0Zn 0,76 = zero - E0Zn E0Zn = - 0,76 V

Pilha de cobre-hidrogênio Conclusões: O fluxo dos elétrons: eletrodo de Hidrogênio para o eletrodo de Cobre; O Hidrogênio está sofrendo oxidação e o íon cobre redução; O eletrodo de cobre tem MAIOR potencial de redução; O eletrodo de hidrogênio tem MENOR potencial de redução (sofre oxidação); Cu2+(aq) + 2e-  Cu redução H2  2H+(aq) + 2e- oxidação

Aplicando a equação do E O valor 0,34 V apresentado no voltímetro pertence ao eletrodo de cobre, pois o eletrodo de hidrogênio possui E0 = zero Aplicando a equação do E E = E0redução - E0redução maior menor 0,34 = E0Cu - E0H2 0,34 = E0Cu - Zero E0Cu = + 0,34 V

Construindo a tabela de Potenciais Aumenta a forma redutora (poder de sofrer oxidação) Aumenta a força oxidante (poder de sofrer redução) Tabela de Potenciais de redução (E0red) com solução aquosa a 25o.C, em volts (V) Zn2+ + 2e-  Zn0 -0,76 2H+ + 2e-  H2 0,00 Cu2+ + 2e-  Cu0 +0,34

Aumenta o caráter OXIDANTE Aumenta o caráter REDUTOR Quanto menor o potencial de redução (mais negativo), maior a capacidade de sofrer OXIDAÇÃO Quanto maior o potencial de redução (mais positivo), maior a capacidade de sofrer REDUÇÃO Aumenta o caráter OXIDANTE Aumenta o caráter REDUTOR

APLICANDO NOSSA AULA 1. Considerando a pilha esquematizada abaixo, indique: a) O metal M, que combinado com o eletrodo de alumínio funcione como ânodo da pilha. b) Calcule o E da pilha de Alumínio com o metal M escolhido no item a. c) Indique o metal com maior caráter oxidante na tabela dada.

a) O metal M, que combinado com o eletrodo de alumínio funcione como ânodo da pilha. RESOLUÇÃO: O Potencial de redução do alumínio é = -1,66 V; O metal M para atuar como ânodo deverá sofrer OXIDAÇÃO e deverá, portanto possuir MENOR potencial de REDUÇÃO que o Alumínio. O único metal com potencial de redução menor que o Alumínio é o MAGNÉSIO = -2,36 V

b) Calcule o E da pilha de Alumínio com o metal M escolhido no item a. E = E0redução - E0redução maior menor E = E0Al - E0Mg E = -1,66 - (-2,36) E = + 0,70 V OBS: toda pilha é um processo espontâneo de transferência de elétrons e portanto seu E é sempre positivo.

Maior caráter OXIDANTE, significa, maior capacidade de sofrer REDUÇÃO; c) Indique o metal com maior caráter oxidante na tabela dada. Maior caráter OXIDANTE, significa, maior capacidade de sofrer REDUÇÃO; Na tabela ao lado o metal com maior poder de redução é a PRATA = + 0,80 V

2. Observe a pilha abaixo e indique: a) O ânodo da pilha. b) O pólo positivo da pilha. c) O eletrodo que sofre oxidação. d) Calcule o E da pilha. e) Escreva a notação oficial da pilha.

RESOLUÇÃO a) O ânodo da pilha. Eletrodo de chumbo b) O pólo positivo da pilha. Eletrodo de Prata c) O eletrodo que sofre oxidação. MAIOR POTENCIAL DE REDUÇÃO Eletrodo de Chumbo MENOR POTENCIAL DE REDUÇÃO Sofre redução Sofre oxidação CÁTODO ÂNODO Pólo Negativo Pólo Positivo

E = E0redução - E0redução maior menor d) Calcule o E da pilha. E = E0redução - E0redução maior menor E = E0Ag - E0Pb E = + 0,79 - (-0,13) Maior potencial de redução E = + 0,92 V Menor potencial de redução

e) Escreva a notação oficial da pilha. Pb0/Pb2+ // Ag+/Ag0 Pólo – Oxidação ÂNODO Pólo + Redução CÁTODO Ponte salina

3. Considere a notação oficial da pilha e responda as questões: Cr/Cr3+ // Ni2+/Ni Dados: E0 red a 25o.C e soluções 1mol/L Cr3+ + 3e-  Cr E0 = -0,41 V Ni2+ + 2e-  Ni E0 = -0,24 V Menor potencial de redução (sofre oxidação) Maior potencial de redução (sofre redução) a) O pólo negativo da pilha. Eletrodo onde ocorre oxidação - Cr Eletrodo onde ocorre redução - Ni b) O cátodo da pilha. c) Escreva as semi-reações da pilha e a reação global da pilha. semi-reação de oxidação 2Cr  2Cr3+ + 6e- (x2) semi-reação de redução 3Ni2+ + 6e-  3Ni (x3) REAÇÃO GLOBAL: 2 Cr + 3Ni2+  2 Cr3+ + 3Ni

Cr/Cr3+ // Ni2+/Ni Dados: E0 red a 25o.C e soluções 1mol/L Cr3+ + 3e-  Cr E0 = -0,41 V Ni2+ + 2e-  Ni E0 = -0,24 V d) Calcule o E da pilha. E = E0redução - E0redução maior menor E = E0Ni - E0Cr E = - 0,24 - (-0,41) E = + 0,17 V

4. (UFPR/2006) Considere a seguinte célula galvânica. Mg Pb V limão Dados: Mg2+(aq) + 2e  Mg(s) Eo = -2,36V Pb2+(aq) + 2e  Pb(s) Eo = -0,13V 2H+(aq) + 2e  H2(g) Eo = 0,00V Sobre essa célula, assinale a alternativa INCORRETA. a) A placa de magnésio é o pólo positivo. b) O suco de limão é a solução eletrolítica. Os elétrons fluem da placa de magnésio para a placa de chumbo através do circuito externo. d) A barra de chumbo é o catodo. e) No anodo ocorre uma semi-reação de oxidação. INCORRETA: LETRA a) a placa de magnésio é o pólo NEGATIVO (menor potencial de redução, sofre oxidação, no ânodo)

4. (UFPR/2006) Considere a seguinte célula galvânica. Mg Pb V limão Dados: Mg2+(aq) + 2e  Mg(s) Eo = -2,36V Pb2+(aq) + 2e  Pb(s) Eo = -0,13V 2H+(aq) + 2e  H2(g) Eo = 0,00V Sobre essa célula, assinale a alternativa INCORRETA. a) A placa de magnésio é o pólo positivo. b) O suco de limão é a solução eletrolítica. Os elétrons fluem da placa de magnésio para a placa de chumbo através do circuito externo. d) A barra de chumbo é o catodo. e) No anodo ocorre uma semi-reação de oxidação. INCORRETA: LETRA a) a placa de magnésio é o pólo NEGATIVO (menor potencial de redução, sofre oxidação, no ânodo)