PILHAS Prof. Marcos/Betinha

Existem dois dias do ano sobre os quais nada pode ser feito. .... O ONTEM e o AMANHÃ. Portanto HOJE é o dia certo para você fazer o que tiver que ser feito: ...amar, sonhar, ousar, produzir, acreditar, e acima de tudo... SORRIR ! 

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 XIX, 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) Atuamente 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 Ponte salina Pólo – Oxidação ÂNODO Pólo + Redução CÁTODO Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu

POTENCIAL DE UMA PILHA O Potencial de um pilha é medido experimentalmente por um aparelho denominado VOLTIMETRO, cujo objetivo é medir a força eletromotriz (fem ou E) da 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: 25o.C

E = E0 redução - E0 redução 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

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); H2  2H+(aq) + 2e- oxidação Cu2+(aq) + 2e-  Cu redução

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

c) Indique o metal com maior caráter oxidante na tabela dada.  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

E = E0redução - E0redução maior menor 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 e 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.

b) O pólo positivo 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 oxidação Sofre redução ÂNODO CÁTODO Pólo Negativo Pólo Positivo

Maior potencial de redução Menor potencial de redução 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

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

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 b) O cátodo da pilha. Eletrodo onde ocorre redução - Ni 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

Mg2+(aq) + 2e  Mg(s) Eo = -2,36V Pb2+(aq) + 2e  Pb(s) Eo = -0,13V 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)