Eletrólise e Pilhas - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
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Maraca1 de Março de 2013

Eletrólise e Pilhas - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

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Apostilas sobre o estudo da eletrolise e pilhas, introdução, procedimentos e resultados.
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Relatório de Atividade Prática

Disciplina: Instrumentação para a Química do Cotidiano II

Curso: Licenciatura em Química – Pólo: Angra dos Reis – 2012/1

2ª Avaliação à Distância – 05/05/2012

Eletrólise e Pilhas

Introdução

Eletrólise é a parte da eletroquímica que estuda a transformação de energia elétrica em energia química. A eletrólise corresponde a um processo não espontâneo, onde ocorre a descarga de íons.

Na descarga de íons os cátions irão receber elétrons, sofrendo redução enquanto que os ânions irão ceder elétrons, sofrendo oxidação.

As reações na eletrólise podem ocorrer de várias maneiras, dependendo do estado físico em que estiver a solução que vai ser submetida à reação. As pilhas funcionam por um mecanismo de eletrólise.

Para que um sistema sofra eletrólise é necessária a presença de íons livres, os quais como já vimos serão descarregados durante o processo. Na eletrólise, a corrente elétrica atravessa o sistema, descarrega os íons e provoca uma reação química (não espontânea) de óxido-redução. Sem íons livres não irá ocorrer eletrólise.

Para a execução dos experimentos utilizamos os seguintes materiais:

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Solução de NaCl 0,1 mol/L

Solução de Na2SO4 – Substituída por solução de Sulfato de Potássio 0,1 mol/L

Xarope de iodeto de potássio

Solução de CuSO4 0,1mol/L

Solução de ZnSO4 0,1mol/L

Solução de KCl 0,1mol/L

Goma de amido

Cobre metálico

Zinco metálico

Lá de ferro (esponja de aço)

Limão

Algodão

docsity.com

Mangueira plástica

Solução de Azul de Bromotimol

Fios, jacarés (ou fita isolante) e tomadas

Grafite grosso

Vasilha de plástico pequena

Cola quente

Multímetro

Tubos de ensaio pequenos

Procedimentos e Resultados

ELETRÓLISE – CLORETO DE SÓDIO

|Procedimentos |Resultado Obtido |

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|No pote de plástico foram feitos dois furos pequenos, no fundo. |Verificamos a formação imediata de gases no interior dos tubos de |

|Pelos furos passamos os grafites e vedamos com cola quente. |ensaio e a reação ocorreu no interior de cada tubo com velocidade |

|Utilizamos fita isolante para conectar os grafites a um fio duplo com |diferente. |

|tomada tipo “macho”. |Quando havia apenas gases no interior dos tubos, procedemos com os |

|Dentro da cuba adicionamos a solução de NaCl juntamente com a solução |testes com palito de fósforo para verificar e identificar a presença |

|indicadora de azul de bromotimol. |de gases. |

|Sobre cada grafite colocamos um tubo de ensaio pequeno cheio da |No tubo em que a reação foi mais rápida, ao aproximar o palito de |

|solução em teste. Em seguida ligamos a tomada para observar. |fósforo, escutamos um “apito” que caracteriza a presença de |

| |hidrogênio. |

| |No tubo seguinte não obtivemos sucesso no teste com o palito pois o |

| |tubo ainda estava muito molhado e acabava apagando o fósforo em brasa.|

| |No entanto esperávamos perceber a presença do oxigênio. |

ELETRÓLISE – SULFATO DE POTÁSSIO

|Procedimentos |Resultados Obtidos |

docsity.com

|O procedimento adotado foi semelhante ao listado anteriormente |Verificamos a formação imediata de gases no interior dos tubos de |

|substituindo, apenas, a solução de Cloreto de Sódio pela solução de |ensaio. O tubo adquiriu coloração acinzentada por causa do grafite. |

|Sulfato de Potássio. |Em cada tubo a reação ocorreu com uma velocidade. |

| |Após acabar a quantidade de solução presente no interior dos tubos |

| |invertidos, fizemos testes com o palito de fósforo afim de verificar |

| |quais gases estavam presentes. No tubo em que a reação foi mais |

| |rápida, ao aproximar o palito de fósforo, escutamos um “apito” que |

| |caracteriza a presença de hidrogênio. |

| |No tubo seguinte não obtivemos sucesso no teste com o palito pois o |

| |tubo ainda estava muito molhado e acabava apagando o fósforo em brasa.|

| |No entanto esperávamos perceber a presença do oxigênio. |

ELETRÓLISE – XAROPE DE IODETO

|Procedimento |Resultado Obtidos |

|O procedimento adotado foi semelhante ao listado anteriormente |A solução analisada tinha coloração rosa pertencente ao xarope. |

docsity.com

|substituindo, apenas, a solução de Sulfato de Potássio pela solução |Verificamos a formação de gases no interior dos tubos de ensaio, no |

|preparada a base de xarope de iodeto e goma de amido. |entanto, a reação somente se tornou perceptível quando aumentamos a |

| |concentração do xarope de iodeto. |

| |Em cada tubo a reação ocorreu com uma velocidade. |

| |Também observamos que próximo aos grafites a coloração estava |

| |diferente devido à formação de iodo a partir do iodeto. |

| |Após acabar a quantidade de solução presente no interior dos tubos |

| |invertidos, fizemos testes com o palito de fósforo afim de verificar |

| |quais gases estavam presentes. No tubo em que a reação foi mais |

| |rápida, ao aproximar o palito de fósforo, escutamos um “apito” que |

| |caracteriza a presença de hidrogênio. |

| |No tubo seguinte não obtivemos sucesso no teste com o palito pois o |

| |tubo ainda estava muito molhado e acabava apagando o fósforo em brasa.|

| |No entanto esperávamos perceber a presença do oxigênio. |

PILHA DE DANIEL

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|Procedimentos |Resultados Obtidos |

|Em um becher adicionamos a solução de CuSO4. |Observamos o que ocorre nesta pilha com a ponte salina e sem a ponte |

|Introduzimos na solução um pedaço de Cu metálico previamente lixado e |salina. |

|lavado com água destilada. |Enquanto a ponte estava no local designado no procedimento ao lado, |

|Em outro becher, adicionamos a solução de ZnSO4 e um pedaço de Zn |houve passagem de corrente, verificada através do multímetro. A tensão|

|metálico. |marcada no multímetro foi de 1V. Ou seja, o conjunto de eletrodos, |

|Conectamos os dois eletrodos metálicos a um fio metálico conectado a |fios metálicos e ponte salina forneceram as |

|um multímetro. |condições para a movimentação ordenada de cargas elétricas, originando|

|A mangueira plástica foi preenchida com a solução de KCl e fechada em |uma corrente elétrica. |

|suas extremidades com pedaços de algodão. | |

|Em cada becher foi adicionada uma extremidade da mangueira. |Quando retiramos a ponte salina, não houve passagem de corrente |

| |elétrica. |

PILHA NATURAL

|Procedimentos |Resultados Obtidos |

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|Em um limão inserimos um prego zincado (galvanizado) e um pedaço de |Ao testar a condutividade com apenas um limão, verificamos que existe |

|folha de cobre. |corrente elétrica na pilha natural, correspondendo a 2V. |

|Verificamos se há passagem de corrente elétrica, utilizando um |Quando testamos o circuito em série, verificamos a presença de |

|multímetro. |corrente elétrica e o multímetro marcou o equivalente a 3V. Já no |

|Repetimos o primeiro procedimento em outros dois limões. |circuito paralelo, o multímetro marcou 1V. |

|Montamos um circuito em série e também um circuito em paralelo, | |

|utilizando fios e fita isolante. | |

|Com o multímetro verificamos se havia passagem de corrente. | |

Discussão dos Resultados e Conclusão

Alguns assuntos não discutidos a fundo no detalhamento do procedimento prático serão descritos a seguir.

Quanto a ponte salina, verificamos que com a mesma ocorre a passagem de corrente elétrica e no entanto, se retirarmos a ponte, não mais ocorrerá a passagem de corrente.

Cada átomo de Zn0 que manda dois elétrons para o circuito externo sai da placa e passa para a solução na forma de Zn2+, provocando a corrosão da placa e fazendo a solução ficar mais concentrada de íons zinco. Isso tende a fazer com que essa solução fique com excesso de cargas

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positivas (os íons sulfato, SO2-, não participam da reação). Simultaneamente, a outra solução fica menos concentrada em íons Cu2+ e tende a ter acúmulo de cargas negativas.

Se isso ocorresse, o funcionamento da pilha rapidamente iria cessar, pois o acúmulo de carga positiva na solução da esquerda iria atrair os elétrons do fio metálico para a placa de zinco (cargas de sinais opostos se atraem), e o acúmulo de carga negativa na solução da direita iria repelir os elétrons do fio metálico (cargas de mesmo sinal se repelem), impedindo-os de chegar à placa de cobre.

O acúmulo de cargas elétricas nas soluções é evitado pela ponte salina, um tubo contendo alta concentração de um sal que não interfira no processo; KCl, por exemplo.

O excesso de cátions (portadores de cargas positivas) no frasco da esquerda é compensado pela migração de íons Cl- provenientes da ponte salina em direção ao frasco da esquerda. E o excesso de ânions (portadores de cargas negativas) no frasco da direita é compensado pela migração de íons K+ provenientes da ponte salina em direção ao frasco da direita. Assim, a presença da ponte salina permite que a pilha continue funcionando.

De fato, caso a ponte salina seja retirada, verifica-se que a lâmpada apaga imediatamente, ou em nosso caso, o multímetro deixa de marcar a presença de corrente elétrica. Isso porque o excesso de íons acumulados nas soluções rapidamente impede o fluxo de elétrons através da parte metálica do circuito. É importante perceber que o circuito elétrico inclui o interior da pilha, porém não é um condutor metálico que conduz a corrente dentro dela, mas sim outro tipo de condutor elétrico: soluções aquosas.

As soluções de ambos os frascos e também a solução presente na ponte salina permitem que o circuito elétrico esteja totalmente fechado. No fio metálico, são os elétrons (portadores de carga

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elétrica negativa) que se movimentam. Nas soluções não são elétrons que se movimentam, mas sim cátions e ânions.

Quanto ao funcionamento da pilha natural, podemos perceber algumas particularidades:

Os átomos do cobre (Cu) atraem mais os elétrons do que os do zinco (Zn). Ao colocar uma placa de cobre em contato com uma de zinco, uma elevada quantidade de elétrons passa do zinco para o cobre. Estes começam a repelir-se à medida que se concentram no cobre. Quando a força de atração de elétrons do cobre é contrabalançada pela força de repulsão entre os elétrons, o fluxo de elétrons para. Deste modo, este tipo de sistemas têm muito poucas aplicações possíveis.

Em contraste quando as duas placas são mergulhadas num eletrólito (solução condutora), a reação entre os elétrodos ocorre continuamente. Como eletrólito pode-se utilizar qualquer solução aquosa ácida, alcalina ou salina. A pilha eletroquímica de limão funciona porque o sumo de limão é ácido.

Desta forma, este processo de produção contínua de energia elétrica torna-se útil para certas aplicações. No entanto, assim como acontece para as pilhas secas, estas pilhas têm um certo tempo de vida. Nos elétrodos ocorrem reações químicas que acabam por bloquear a transferência de elétrons do ânodo (zinco) para o cátodo (cobre).

Conclusão

Concluímos que a energia química pode, de diversas maneiras, transformar-se em energia elétrica. Pudemos perceber como esse fato pode ser evidenciado de formas simples, tornando mais satisfatório o aprendizado, uma vez que pudemos visualizar como isso realmente ocorre. Certamente os conceitos relacionados a eletroquímica podem e devem ser trabalhados através desses experimentos, em salas de aula.

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Aplicação no Ensino Médio

Para aplicação desta prática no ensino médio não precisariam ser feitas alterações no roteiro. Alguns cuidados precisariam ser tomados com relação ao manuseio dos alunos na pistola de cola quente, material para furar o pote de plástico etc. No caso de alunos não conseguirem ou tiverem algum impedimento para manuseio dos materiais, o próprio professor poderia executar as partes em que houvesse algum risco e em seguida prosseguir a prática com o total apoio e participação dos alunos.

A prática poderia ser utilizada para o estudo completo de eletroquímica e posteriomente ser citada em aulas com assuntos como soluções, sais, indicadores, concentrações etc.

Referências bibliográficas

LIRIA ALVES. Fatores que influenciam a rapidez da reação. Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/eletrolise.htm

Acesso em: 05 de mai. 2012.

http://www.scribd.com/doc/7145724/Quimica-Aula-19-Eletrolise

Acesso em: 05 de mai. 2012.

http://cienciaemcasa.cienciaviva.pt/pilha_limao.html

docsity.com

Acesso em: 05 de mai. 2012.

Joaquim, estou enviando o relatório certa de que existem algumas pendências, principalmente nos itens em que deveria citar o que foi observado. Não encontrei com as meninas da dupla oposta a minha e por esse motivo ainda não tive acesso a alguns dados.

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