PILHAS E BATERIAS. UMA OXIDAÇÃO ÚTIL.

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 Reacções de oxidação-redução Uma reacção de oxidação-redução, ou reacção redox, é uma reacção em que há transferência total ou parcial de electrões, como se verifica pela variação dos números de oxidação de alguns elementos.  Uma reacção de oxidação-redução é constituída por duas semi-reacções simultâneas: a semi-reacção de oxidação e a semi-reacção de redução.  Na semi-reacção de oxidação há aumento do número de oxidação (n.o.) de um elemento, enquanto na semi-reacção de redução há diminuição do número de oxidação (n.o.) de um elemento.

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 Reacções de oxidação-redução Numa reacção de oxidação-redução:  A espécie que contém o elemento que se reduz é a espécie oxidante.  A espécie que contém o elemento que se oxida é a espécie redutora.  Reacção de dismutação ou de auto-oxidação-redução é uma reacção de oxidação-redução onde o mesmo elemento é simultaneamente reduzido e oxidado.

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 Número de oxidação O número de oxidação de um átomo define-se como sendo o número de electrões que esse átomo perde ou ganha na ligação iónica ou que perderia ou ganharia se, na ligação covalente, os electrões da ligação fossem transferidos para o átomo mais electronegativo

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 Energia eléctrica a partir de reacções de oxidação-redução PILHAS ELECTROQUÍMICAS OU CÉLULAS GALVÂNICAS Uma das aplicações mais úteis das reacções de oxidação-redução é a produção de electricidade. As pilhas electroquímicas, também chamadas células voltaicas ou células galvânicas, são dispositivos capazes de produzir energia eléctrica à custa de uma reacção de oxidação-redução espontânea.

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 Energia eléctrica a partir de reacções de oxidação-redução PILHAS ELECTROQUÍMICAS OU CÉLULAS GALVÂNICAS As duas semi-reacções ocorrem em simultâneo; a transferência de electrões do zinco para o cobre é feita localmente. O fundamento de uma pilha electroquímica é separar as semi-reacções de oxidação e de redução, de modo que os electrões circulem externamente através de um fio condutor. Nas pilhas:  ânodo – eléctrodo negativo;  cátodo – eléctrodo positivo.

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 Energia eléctrica a partir de reacções de oxidação-redução NOTAÇÃO DE UMA PILHA OU DIAGRAMA DE PILHA Para indicar a constituição de uma pilha recorre-se habitualmente a uma notação simplificada. Na pilha de Daniell tem-se: Zn (s) | Zn2+ (aq) || Cu2+ (aq) | Cu (s)

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 Energia eléctrica a partir de reacções de oxidação-redução força electromotriz de uma pilha O fluxo de electrões do ânodo para o cátodo é o resultado da existência de uma diferença de potencial eléctrico entre esses eléctrodos. A diferença de potencial máxima obtida numa pilha chama-se força electromotriz da pilha (f.e.m.) e corresponde à diferença de potencial «em circuito aberto». A f.e.m. funciona como uma força «impulsionadora» que «empurra» os electrões produzidos no eléctrodo onde se dá a oxidação até ao eléctrodo onde se dá a redução

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 Potencial padrão de redução e extensão das reacções de oxidação-redução A diferente tendência das várias espécies químicas para se oxidarem ou se reduzirem pode ser deduzida através do potencial normal de redução (p.n.r.), ou potencial padrão, que revela quantitativamente o poder oxidante de cada espécie.  O potencial padrão de redução, ou E0, mede a tendência relativa de uma espécie para se reduzir.  Quanto mais elevado for o p.n.r. (E0), mais tendência tem em reduzir-se e mais oxidante é a espécie.  Quanto menor for o valor do p.n.r. (E0), mais tendência tem em oxidar-se e mais redutora é a espécie.  Os valores dos potenciais normais são dados em volt (V).

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 Potencial padrão de redução e extensão das reacções de oxidação-redução Para comparar os potenciais de eléctrodo têm de se escolher as condições padrão, que são:  concentração das soluções: 1,0 mol dm–3.  pressão dos gases: 1 atm ou 1,01325 × 105 Pa.  temperatura: 25 ºC (298,15 K). O potencial normal de eléctrodo do hidrogénio designa-se por: E0 (H+ / H2) = 0,00 V

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 A F.E.M. de uma pilha nas condições padrão A f.e.m. de uma pilha, nas condições padrão (E0pilha), pode calcular-se pela diferença entre o p.n.r. da espécie que se reduz na reacção directa e o p.n.r. da espécie que se reduz na reacção inversa. Neste caso, temos: E0pilha = 0,34 – (–0,40) = 0,74 A f.e.m. de uma pilha pode ser entendida como a diferença de potencial (d.d.p.) produzida entre os dois eléctrodos. E0pilha = p.n.r. do cátodo – p.n.r. do ânodo

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 A F.E.M. de uma pilha nas condições padrão tipos de pilhas Pilhas primárias – São células galvânicas com os reagentes selados dentro de um invólucro. Como não se podem recarregar, depois de gastas não podem voltar a ser usadas. Pilhas secundárias ou acumuladores – podem recarregar-se se forem ligadas a uma corrente eléctrica, podendo ser usadas de novo. Pilhas de combustível – São pilhas cujos reagentes devem ser constantemente renovados e os produtos constantemente removidos. Pilhas de concentração – São pilhas cujas semi-células são constituídas pelo mesmo material, mas cujos iões em solução têm concentrações diferentes.