Universidade Federal de Itajubá – Eng. Mecânica ELETROQUÍMICA Renan Delgado Camurça Lima – 15885 Felipe de Souza Zucchini – 15850 Prof. Élcio Barrak Universidade Federal de Itajubá – Eng. Mecânica UNIFEI

Tópicos da eletroquímica Reações de oxirredução Balanceamento de equações de oxirredução Células voltaicas Fem de pilhas Espontaneidade de reações redox Efeito da concentração na fem da pilha Baterias ou pilhas Corrosão Eletrólise

Introdução A eletroquímica é o estudo das relações entre a eletricidade e as reações químicas. A fabricação de baterias, a corrosão de metais e a galvanização elétrica são exemplos de processos que envolvem a eletroquímica.

Reações de oxirredução A variação do estado de oxidação em reações químicas é a reação de oxirredução(redox). Tanto a oxidação quanto a redução devem ocorrer. Agente oxidante: sofre a redução. Agente redutor: sobre a oxidação.

Balanceamento de equações de oxirredução Conserva-se a massa dos elementos dos dois lados da equação. Conserva-se o número de elétrons dos dois lados da equação. Pode separar a equação em semi-reações:

Balanceamento de equações de oxirredução Reações em meio ácido pode adicionar na equação H+ e H2O. Reações em meio básico pode adicionar na equação OH- e H2O.

Células voltaicas Dispositivo no qual a transferência de elétrons ocorre pelo caminho externo em vez de diretamente entre os reagentes.

Células voltaicas O que acontece em visão molecular?

Fem de pilhas Fem (força eletromotriz) é a força que provoca o movimento do elétron. Ocorre devida à diferença de potencial (ddp), dada em V (volt), entre dois eletrodos em uma célula voltaica, que fornece uma força diretora na qual empurra elétrons por um circuito externo.

Fem de pilhas A fem ou potencial da célula é dado por Ecel. Em condições-padrão (C = 1 mol/L, P =1 atm) fem-padrão da célula é dado por : = Potenciais padrão de redução nas semicélulas.

Fem de pilhas O potencial padrão de redução de uma semi- reação não pode ser medido diretamente. Para resolver esse problema, utiliza-se o eletrodo- padrão de hidrogênio (EPH), equacionado pela semi-reação:

Espontaneidade de reações redox Ecel > 0 : processo espontâneo. Ecel < 0: processo não-espontâneo. Fem e variação de energia livre é equacionada em: n = número de elétrons transferidos (n>0 e adimensional). F = constante de Faraday

Efeito da concentração na fem da pilha A fem das pilhas depende das concentrações dos reagentes e produtos da reação da pilha. Equação de Nernst: →

Efeito da concentração na fem da pilha Pilhas de concentração: É uma pilha onde o cátodo e o ânodo possuem a mesma espécie química, variando apenas as concentrações.

Efeito da concentração na fem da pilha A reação total da pilha é: Pela equação de Nernst (T = 298 K):

Efeito da concentração na fem da pilha Fem da célula e equilíbrio químico: Um sistema está em equilíbrio se ΔG = 0. Portanto, E = 0 e Q = Keq. Pela equação de Nernst:

Baterias ou pilhas Bateria ou pilha é uma fonte de energia eletroquímica fechada e portátil que consiste em uma ou mais células voltaicas. Pilhas conectadas em série: soma-se as fems das pilhas. Pilhas: Primárias → não podem ser recarregadas. Secundárias → podem ser recarregadas.

Baterias ou pilhas Utilização de baterias ou pilhas no dia-a-dia: Bateria de chumbo e ácido (bateria automotiva); Pilhas alcalinas; Baterias de níquel-cádmio, níquel-hidreto metálico e íon lítio (dispositivos eletrônicos portáteis); Células de combustível (conversão da energia térmica, a partir da queima de combustíveis, em energia elétrica.

Corrosão As reações de corrosão são reações redox espontâneas nas quais um metal é atacado por alguma substância em seu ambiente e é convertido em um composto indesejado.

Corrosão Proteção contra corrosão: Proteção de um metal, tornando-o cátodo de uma célula eletroquímica, conhecida como proteção catódica; Conseqüentemente, o metal que é oxidado é chamado de ânodo de sacrifício. Ex: ferro galvanizado.

Eletrólise A eletrólise é baseada na utilização de energia elétrica provinda de uma fonte externa para fazer com que reações redox não-espontâneas ocorram. Tais reações geradas pela energia externa são chamadas reações de eletrólise e ocorrem em células eletrolíticas. Ex:

Eletrólise Decomposição do cloreto de sódio fundido:

Eletrólise Eletrólise de soluções aquosos. Na eletrólise de soluções aquosas, temos de verificar se a água é oxidada ou reduzida ao invés dos íons do sal. Eletrólise com eletrodos ativos. Os eletrodos empregados nesta eletrólise participam da reação. Ex: Galvanoplastia.

Eletrólise Aspectos quantitativos da eletrólise A estequiometria de uma semi-reação mostra quantos elétrons são necessários para atingir um processo eletrolítico.

Eletrólise Trabalho elétrico: Para qualquer processo espontâneo, ΔG é uma medida do trabalho máximo útil, wmáx. Como E < 0: w é o trabalho mínimo para realizar eletrólise.

Referencia Bibliográfica Brown, LeMay, Bursten. Química: A Ciência Central. 9ª edição.