ELETROQUÍMICA
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Eletroquímica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
Quimica I - Quimica I
Tipologia: Notas de estudo
2011
1 / 23
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ELETROQUÍMICA
Devido a Zn ser oxidado no compartimento do ânodo, os íons Zn
2+
,
entram na solução. Portanto, deve existir algum meio dos íons positivos
migrarem para fora do compartimento do ânodo ou dos íons negativos
migrarem para dentro, a fim de manter a neutralidade elétrica. Igualmente, a
redução do Cu
2+
no cátodo remove carga positiva da solução, deixando um
excesso de carga negativa na semicélula. Asssim, os íons positivos devem
migrar para dentro do compartimento ou os íons negativos devem migrar para
fora.
A diferença na energia potencial por carga
elétrica entre dois eletrodos é medida em unidades
de volts, 1V = 1 (J/C)
A diferença de potencial entre dois eletrodos em uma célula voltaica
fornece a força diretora que empurra os elétrons por um circuito externo. Essa
diferença de potencial é chamada de força eletromotriz (provoca o movimento
do elétron) ou fem. Sob condições padrão a fem é chamada fem-padrão ou
potencial padrão da célula, E
o
cel
. Para a célula voltaica Zn-Cu, o E
o
cel
a 25
o
C é
1,10 V.
CONSIDERANDO A PILHA:
Zn/Zn
2+
(Pt)H
/H
2
Como não está presente metal na semi-reação do cátodo, usa-se
um eletrodo inerte, isto é, o cátodo é constituído por um material não
reativo que conduz corrente elétrica (recomenda-se um eletrodo de
Pt).
Zn(s) + 2 H
(aq, 1mol/L) Zn
2+
(aq, 1 mol/L) + H
2
(g, 1atm); E
0
cel
= + 0,76 V
Ânodo: Zn(s) Zn
2+
(aq) + 2e
Oxidação
Cátodo: 2H
(aq) + 2e
H
2
(g) Redução
CONVENÇÃO:
2H
(aq, 1 mol/L) + 2e
H
2
(g, 1 atm); E
0
red
(H
H
2
) = 0,00 V
Escrevemos a reação como uma redução
mesmo ela acontecendo ao inverso, ou seja,
como uma oxidação. Quando atribuímos um
potencial a uma semi-reação, escrevemos a
reação como uma redução.
Pratique
1) A seguinte reação de oxirredução é espontânea:
Cr
2
O
7
2-
(aq) + 14H
(aq) + 6I
(aq) 2Cr
3+
(aq) + 3I
2
(s) + 7H
2
O(l)
Uma solução contendo K
2
Cr
2
O
7
e H
2
SO
4
é derramada em um
béquer e uma solução de KI é derramada em outro béquer.
Uma ponte salina é usada para unir os béqueres. Um
condutor metálico que não reagirá com nenhuma das
soluções (como uma lâmina de platina) é suspenso em cada
solução; os dois condutores são conectados com fios por
meio de um voltímetro ou algum outro dispositivo que
detecte corrente elétrica. A célula voltaica resultante gera
corrente elétrica. Indique a reação que ocorre no ânodo, a
reação do cátodo, o sentido das migrações dos elétrons e do
íon e os sinais dos eletrodos.
Pratique
2) Para a célula voltaica Zn + Cu
2+
, temos:
Zn(s) + Cu
2+
(aq, 1 mol/L) Zn
2+
(aq, 1 mol/L) + Cu(s) E
o
cel
= -0,76 V
Conhecendo o potencial de redução de Zn
2+
, - 0,76 V, calcule E
o
red
para a redução
de Cu
2+
a Cu.
Solução
Na célula voltaica, Zn é oxidado (semi reação que ocorre no ânodo)
E
o
cel
= E
o
red
(cátodo) – E
o
red
(ânodo)
1,10 V = E
o
red
(cátodo) - (- 0,76 V)
E
o
red
(cátodo) = 1,10 V – 0,76 = 0,34 V
Pratique
3)Usando os potenciais padrão de redução listados na
tabela, calcule a fem padrão para a célula voltaica que
tem base na seguinte reação:
Cr
2
O
7
2-
(aq) + 14H
(aq) + 6I
(aq) 2Cr
3+
(aq) + 3I
2
(s) + 7H
2
O(l)
Solução
Identificar as semi-reações que ocorrem no cátodo e no ânodo:
Cátodo: Cr
2
O
7
2-
(aq) + 14H
(aq) + 6e
2Cr
3+
(aq) + 7H
2
O(l)
Ânodo: 6I
(aq) 3I
2
(s) + 6e
E
o
cel
= E
o
red
(cátodo) – E
o
red
(ânodo)= 1,33 V – 0,54 V = 0,79 V
Obs. Como o potencial elétrico mede a energia potencial por carga
elétrica, os potenciais padrão de redução são propriedades intensivas.
Assim, a variação do coeficiente estequiométrico em uma semi-reação
não afeta o valor do potencial padrão de redução.
Fem (E) e variação de energia livre
Quando todos os reagentes e produtos estão em seus
estados padrão:
G
o
= -nFE
o