Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 3ª Série Potencial das pilhas

No nosso cotidiano usamos ... QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas No nosso cotidiano usamos ... Imagens : (A) Arpingstone/Domínio público / (B) M.Minderhoud/ GNU Free Documentation License / (C) Christian Rasmussen/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada / (D) Valter Campanato/ABr / Creative Commons Atribuição 3.0 Brasil / (E) Matias.Reccius/Domínio Público / (F) CHG/Domínio público

O que é ENERGIA ELÉTRICA? QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Para que isto seja possível necessitamos de ENERGIA ELÉTRICA O que é ENERGIA ELÉTRICA? ENERGIA ELÉTRICA é uma forma de energia baseada na geração de diferença de potencial elétrico entre dois pontos que permitem estabelecer uma corrente elétrica entre ambos.

A energia elétrica é obtida principalmente através de ... QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas A energia elétrica é obtida principalmente através de ... Imagens : (A) Angeloleithold 2005/Disponibilizada por Massimiliano W/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada / (B) Fernando Tomás de Zaragoza, Spain / Disponibilizada por FlickrLickr/ Creative Commons - Atribuição 2.0 Genérica / (C) Wagner Christian/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica; (D) Marcus Wong Wongm/ GNU Free Documentation License (E) Cyberpunk/Creative Commons - CC0 1.0 Universal (CC0 1.0) Dedicação ao Domínio Público

A Química contribui com alguns fenômenos QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas A Química contribui com alguns fenômenos relacionados com a energia elétrica... REAÇÕES QUÍMICAS PRODUZINDO CORRENTE ELÉTRICA CORRENTE ELÉTRICA PRODUZINDO REAÇÃO QUÍMICA Imagens : (A) Aney/GNU Free Documentation License / (B) Shaddack/Public Domain / (C) Mbarousse/Public Domain

QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Um pouco de História Imagem : Autor desconhecido/Disponibilizada por Tomisti/Domínio Público Tales de Mileto, ao esfregar âmbar na pele de carneiro, observou que pedaços de palha eram atraídos pelo âmbar. 

publicou pesquisa onde concluía QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Luigi Aloisio Galvani publicou pesquisa onde concluía que os músculos armazenavam eletricidade e os nervos conduziam essa eletricidade. Imagem : Autor desconhecido/ Disponibilizada por Kelson/Domínio Público

produziu a primeira pilha elétrica do mundo. QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Alessandro Volta produziu a primeira pilha elétrica do mundo. Ela era composta de uma série de discos de prata e zinco, colocados em pares e intercalados com folhas de papelão saturadas em água e sal. Imagens :(A) Bcrowell/United States Public Domain / (B) GuidoB/GNU Free Documentation License

Quando uma corrente elétrica provoca uma QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas A relação entre as reações químicas e a corrente elétrica é estudada por um ramo da química chamado ELETROQUÍMICA Quando uma corrente elétrica provoca uma reação química teremos uma ELETRÓLISE Imagem : Lukas A, CZE / Public Domain

PILHA DE DANIELL Zn + Cu CuSO4 ZnSO4 Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas PILHA DE DANIELL Esta pilha baseia-se na seguinte reação: Zn + Cu CuSO4 ZnSO4 ou, na forma iônica Zn + Cu2+ ** Cu + Zn2+ ELÉTRONS DANIELL percebeu que estes elétrons poderiam ser transferidos do Zn para os íons Cu2+ por um fio condutor externo e que este movimento produzia uma CORRENTE ELÉTRICA Imagem : Mbarousse/Public Domain

QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Voltímetro Zn Cu E isto seria possível montando um esquema do tipo representado a seguir: Zn Cu Voltímetro Zn2+ Cu2+ CÁTIONS ÂNIONS ELÉTRONS PONTE SALINA

– + QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Com o tempo teremos ... O eletrodo de COBRE tem sua massa aumentada A solução de sulfato de cobre fica mais diluída A solução de sulfato de zinco fica mais concentrada O eletrodo de ZINCO sofre corrosão O eletrodo aonde chega os elétrons é o POLO POSITIVO DA PILHA ELÉTRONS ELÉTRONS Voltímetro ÂNIONS CÁTIONS Zn PONTE SALINA Cu – + Zn2+ Zn2+ Cu2+ Zn2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Zn2+ Zn2+ Zn2+ Cu2+ Cu2+ Zn2+ Cu2+ Cu2+ Zn2+ Cu2+ Zn2+ Zn2+ Cu2+ Cu2+ Zn2+ Cu2+ Cu2+ Zn2+ Zn2+ Cu2+ Zn2+ Cu2+ Cu2+

REPRESENTAÇÃO DE UMA PILHA QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas REPRESENTAÇÃO DE UMA PILHA Uma pilha, segundo a IUPAC, deve ser representada da seguinte forma: Para a pilha de DANIELL POLO NEGATIVO OXIDAÇÃO ÂNODO POLO POSITIVO REDUÇÃO CÁTODO Zn0 Cu2+ Zn2+ Cu0 M1 M2 x+ y+ POLO NEGATIVO OXIDAÇÃO ÂNODO POLO POSITIVO REDUÇÃO CÁTODO

d) no equilíbrio químico. e) na ebuliometria. QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas 01) As relações existentes entre os fenômenos elétricos e as reações químicas são estudadas: a) na termoquímica. b) na eletroquímica. c) na cinética química. d) no equilíbrio químico. e) na ebuliometria.

02) Observando a pilha abaixo, responda: QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas 02) Observando a pilha abaixo, responda: Co Co2+ Au3+ Au Quais as semirreações? - Co – 2 e Co2+ semirreação de oxidação - Au3+ + 3 e Au semirreação de redução b) Qual a reação global? 3 Co – e 6 2 - 3 Co2+ 2 Au3+ + e 3 6 - 2 Au 3 Co + 2 Au3+ 3 Co2+ + 2 Au (reação global)

Co Co2+ Au3+ Au c) Quem sofre oxidação? Co d) Quem sofre redução? Au3+ QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Co Co2+ Au3+ Au c) Quem sofre oxidação? Co d) Quem sofre redução? Au3+ e) Qual o eletrodo positivo ou cátodo? Au f) Qual o eletrodo negativo ou ânodo? Co g) Que eletrodo será gasto? Co h) Qual dos eletrodos terá a sua massa aumentada? Au

QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Voltímetro Zn Ni 03) O esquema abaixo ilustra uma cela galvânica (pilha), ressaltando o sentido de movimentação dos elétrons. Zn Ni Voltímetro Zn2+ Ni2+ ELÉTRONS PONTE SALINA Sobre essa pilha, responda às questões: h) Equacione a reação global da pilha c) Qual é a espécie química que sofre oxidação? E a que sofre redução? g) Equacione a semi-reação catódica e) Qual a placa em que se deposita sólido? d) Qual a placa que sofre corrosão? b) Qual dos eletrodos é o polo negativo? E o positivo? a) Qual dos eletrodos é o ânodo? Qual é o cátodo? f) Equacione a semi-reação anódica Zn0 – 2 e –  Zn2+ Oxidação: Zn0 Redução: Ni2+ Zn0 – 2 e –  Zn2+ Placa de Zn Polo negativo: Zn0 Polo positivo: Ni0 Ânodo: Zn0 Cátodo: Ni0 Ni2+ + 2 e –  Ni0 Placa de Ni Ni2+ + 2 e –  Ni0 Zn0 + Ni2+  Zn2+ + Ni0

Mg(s) / Mg2+(aq) // Fe2+(aq) / Fe(s): QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas 04) (Covest) Podemos dizer que, na célula eletroquímica Mg(s) / Mg2+(aq) // Fe2+(aq) / Fe(s): o magnésio sofre redução. o ferro é o ânodo. os elétrons fluem, pelo circuito externo, do magnésio para o ferro. há dissolução do eletrodo de ferro. a concentração da solução de Mg2+ diminui com o tempo.

05) O polo de onde saem os elétrons, em uma pilha, é: QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas 05) O polo de onde saem os elétrons, em uma pilha, é: a) cátodo. b) polo positivo. c) ânodo. d) o eletrodo que aumenta a massa. e) o que ocorre redução.

CEDER ou RECEBER ELÉTRONS QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Os metais que fazem parte de uma reação de óxido-redução têm uma tendência a CEDER ou RECEBER ELÉTRONS Essa tendência é determinada pelo potencial de eletrodo (E), medido em volts (V)

QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Quanto maior for a medida do potencial de oxidação, maior é a tendência do metal ceder elétrons Quanto maior for a medida do potencial de redução, maior é a tendência do metal ganhar elétrons

Este potencial, em geral, é medido a 1 atm, 25°C e solução 1 mol/L QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Este potencial, em geral, é medido a 1 atm, 25°C e solução 1 mol/L Sendo assim, nestas condições, chamado de POTENCIAL NORMAL DE ELETRODO (E°) Esse potencial é medido tomando-se como referencial um eletrodo de hidrogênio, que tem a ele atribuído o potencial “0,00 V”

Potencial – padrão da semicela QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Oxidante E0 (V) Redutor F2 +2.87 F- S2 +2.10 SO42- MnO4- +1.69 MnO2 +1.51 Mn2+ Au3+ +1.50 Au PbO2 +1.45 Pb2+ Cl2 (aq) +1.39 Cl- Cr2O72- +1.33 Cr3+ O2 (g) +1.23 H2O Br2 +1.07 Br- NO3- +0.96 NO(g) Ag+ +0.80 Ag Fe3+ +0.77 Fe2+ I2 (aq) +0.62 I- Cu2+ +0.34 Cu CH3CHO +0.19 CH3CH2OH +0.17 SO2 S4O62- +0.09 S2O32- H3O+ 0.00 H2 (g) CH3CO2H -0.12 -0.13 Pb Sn2+ -0.14 Sn Ni2+ -0.23 Ni Cd2+ -0.40 Cd -0.44 Fe Zn2+ -0.76 Zn Al3+ -1.66 Al Mg2+ -2.37 Mg K+ -2.92 K Li+ -3.02 Li Potencial – padrão da semicela

Zn2+ + 2 e – Zn E° = – 0,76 V Cu2+ + 2 e – Cu E° = + 0,34 V Cu Cu2+ + QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Para a pilha de Daniell os potenciais são: Zn2+ + 2 e – Zn E° = – 0,76 V red Cu2+ + 2 e – Cu E° = + 0,34 V red Como o cobre tem um maior potencial normal de redução ele vai ganhar elétrons, sofrendo redução, e o zinco vai perder elétrons, sofrendo oxidação Cu Cu2+ + 2 e – E° = + 0,34 V red Zn Zn2+ E° = + 0,76 V oxi Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu ΔE = + 1,10 V

01) As seguintes semicelas são usadas para montar uma pilha: QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas 01) As seguintes semicelas são usadas para montar uma pilha: Considerando os potenciais de semicela: Zn 2+ (aq) + 2 e –  Zn (s) E = – 0,76 V Ag + (aq) + 1 e –  Ag (s) E = + 0,80 V Zn Ag Zn2+ Ag+ i) Calcule o valor do ∆E0 para essa pilha Zn (s)  Zn 2+ (aq) + 2 e – E = + 0,76 V 2 Ag + (aq) + 2 e –  2 Ag (s) E = + 0,80 V Zn (s)  Zn 2+ (aq) + 2 e – E = + 0,76 V Ag + (aq) + 1 e –  Ag (s) E = + 0,80 V Zn (s) + 2 Ag + (aq)  Zn 2+ (aq) + 2 Ag (s) ∆E = + 1,56 V

O potencial de redução da prata QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas 02) Conhecendo as seguintes semirreações e os seus potenciais padrão de redução abaixo, determine a “ d.d.p “ da pilha formada pelos eletrodos indicados: Sn2+ + 2 e – Sn E° = – 0,14 V Ag1+ + 1 e – Ag E° = + 0,80 V a) + 0,54 V. b) + 0,66 V. c) + 1,46 V. d) + 0,94 V. e) + 1,74 V. O potencial de redução da prata é maior que o do estanho A prata sofre redução e o estanho sofre oxidação 2 Ag Ag1+ + e – E° = + 0,80 V 2 1 2 Sn 2 e – + Sn2+ E° = + 0,14 V ∆E = + 0,94 V

Ni 2+ + 2 e – Ni E 0 = – 0,25 V Au 3+ + 3 e – Au E 0 = + 1,50 V 2 QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas 03) Considere as seguintes semirreações e os potenciais normais de redução: Ni 2+ + 2 e – Ni E 0 = – 0,25 V Au 3+ + 3 e – Au E 0 = + 1,50 V O potencial da pilha formada pela junção dessas duas semirreações é: a) + 1,25 V. b) – 1,25 V. c) + 1,75 V. d) – 1,75 V. e) + 3,75 V. 2 Au 3+ + e – Au E 0 = + 1,50 V 3 6 2 3 Ni Ni 2+ + e – E 0 = + 0,25 V 3 6 2 2 Au 3+ + 3 Ni  2 Au + 3 Ni +2 ∆E 0 = + 1,75 V

O que você faz com suas pilhas usadas? QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas O que você faz com suas pilhas usadas? Imagem : Brianiac/Public Domain

Se você descarta materiais desse tipo no lixo comum, QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Se você descarta materiais desse tipo no lixo comum, coloca a própria saúde e a de outras pessoas em risco com a contaminação do solo e das águas com metais pesados. Imagem : Victorgrigas/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Faça a Reciclagem das Pilhas QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Faça a Reciclagem das Pilhas Imagem : Krdan/Public Domain Os fabricantes e os importadores são os responsáveis pela reutilização, reciclagem, tratamento ou disposição final do produto.

QUÍMICA, 3º Ano Potencial das Pilhas Procure saber mais sobre: Por que reciclar pilhas e baterias? Riscos ao meio ambiente e à saúde dos constituintes de uma pilha. Dicas sobre o uso correto de pilhas e baterias

Referências http://www.mundociencia.com.br/fisica/eletricidade/historiaeletricidade.htm http://www.ebah.com.br/content/ABAAABXiYAF/eletroquimica

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso   2A Arpingstone/Domínio público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Washer.600pix.jpg 30/08/2012 2B M.Minderhoud/ GNU Free Documentation License http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Koelkast_open.jpg 2C Christian Rasmussen/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Microwave_oven.jpg 2D Valter Campanato/ABr / Creative Commons Atribuição 3.0 Brasil http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Condicionadordear.jpg 2E Matias.Reccius/Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Minisystem.jpg 2F CHG/Domínio público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mirai_LCD_TV.JPG?uselang=pt-br 4A Angeloleithold 2005/Disponibilizada por Massimiliano W/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:ItaipuAerea2AAL.jpg 4B Fernando Tomás de Zaragoza, Spain / Disponibilizada por FlickrLickr/ Creative Commons - Atribuição 2.0 Genérica http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Solar_Panels.jpg

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso   4C Wagner Christian/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Windenergy.jpg 30/08/2012 4D Marcus Wong Wongm/ GNU Free Documentation License http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Yallourn-w-power-station-australia.jpg 4E Cyberpunk/Creative Commons - CC0 1.0 Universal (CC0 1.0) Dedicação ao Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Diferentes_Pilhas_AA.JPG 5A Aney/GNU Free Documentation License http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Alkali_battery_5.jpg 5B Shaddack/Public Domain http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Photo-CarBattery.jpg 5C Mbarousse/Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electr%C3%B3lisis.png 6 Autor desconhecido/Disponibilizada por Tomisti/Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Thales.jpg 7 Autor desconhecido/Disponibilizada por Kelson/Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Luigi_galvani.jpg 8A Bcrowell/United States Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alessandro_volta2.jpg

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso   8B GuidoB/GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:VoltaBattery.JPG 30/08/2012 9 Lukas A, CZE / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rechargeable_alkaline_battery.jpg 10 Mbarousse/Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electr%C3%B3lisis.png 29 Brianiac/Public Domain http://en.wikipedia.org/wiki/File:Batteries.jpg 30 Victorgrigas/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://en.wikipedia.org/wiki/File:India_Victor_Grigas_2011-13.jpg 31 Krdan/Public Domain http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Recycling_symbol.svg