Eletroquímica, Pilhas e Eletrólise, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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ELETROQUÍMICA

Prof. Juan Rachid

Eletroquímica

É a parte da Química que estuda a

relação entre a corrente elétrica e as reações

químicas.

Energia química energia elétrica

pilhas

eletrólise

REAÇÕES DE OXI-REDUÇÃO

Reações que se caracterizam pela transferência de elétrons.

Zn

0

+ CuSO

4

ZnSO

4

+ Cu

0

15 a 20 minutos

Lâmina de Zn

Solução aquosa de CuSO 4

Solução com menos CuSO 4

e um pouco de ZnSO

4

Zn

Depósito de Cu

Exercício de sala...

Observe a tabela:

Semi-reação E

0

red

Al

3+

+ 3e

 Al -1,66V

Co

2+

+ 2e

 Co -0,28V

a) Qual deles se reduz mais facilmente?

b) Qual deles se oxida mais facilmente?

c) Qual o melhor agente redutor?

d) Qual o melhor agente oxidante?

e) Qual a reação global da pilha?

Pilha e espontaneidade

As reações que ocorrem em uma pilha são espontâneas, pois basta

montar a aparelhagem para que o processo se efetue por si próprio.

Em um processo espontâneo, o valor de E

0

é sempre positivo.

Isto nos permite prever a ocorrência de reações de oxirredução.

Verifique se ocorre a seguinte reação:

Cu

0

• Fe

2+

 Cu

2+

• Fe

0

Na tabela de potenciais observa-se que:

Cu

2+

• 2e

 Cu

0

E

0

red = + 0,34 V

Fe

2+

• 2e

 Fe

0

E

0

red = - 0,44 V

E

0

= E

0

oxid + E

0

red

= - 0,34 – 0,44 = - 0,78 V

Como E0 < 0, o processo

não é espontâneo, e a reação

não ocorre

Inventado pelo francês Gaston Piantei em 1860.

É uma associação de pilhas ligadas em série. O potencial de cada pilha é

aproximadamente 2V. Uma bateria de pilhas, que é a mais comum nos

carros modernos, fornece uma tensão de 12V.

Constituída de dois eletrodos; um de chumbo e o outro de dióxido de

chumbo, ambos mergulhados em uma solução de ácido sulfúrico com

densidade aproximada de 1,30g/mL..

Quando o circuito externo é fechado, conectando eletricamente os

terminais, a bateria entra em funcionamento (descarga), ocorrendo a semi-

reação de oxidação no chumbo e a de redução no dióxido de chumbo.

Durante o funcionamento normal de um automóvel, a bateria fornece

eletricidade para dar partida; para acender os faróis; ligar o rádio, limpador,

setas, buzina, etc. e recebe energia do gerador para se recarregar.

ACUMULADOR OU BATERIA DE CHUMBO

PILHA DE LECLANCHÉ (PILHA SECA ou PILHA COMUM)

Inventada em 1866 pelo engenheiro francês George Leclanhé (1839-1882).

Dão voltagem de 1,5V, e são extensivamente usadas em lanternas, rádios

portáteis, gravadores, brinquedos, flashes, etc.

Formada por um cilindro de zinco metálico, que funciona como ânodo,

separado das demais espécies químicas presentes na pilha por um papel

poroso.

O cátodo é o grafite coberto por uma camada de dióxido de manganês,

carvão em pó e uma pasta úmida contendo cloreto de amônio e cloreto de

zinco.

A expressão pilha seca é apenas uma designação comercial que foi criada

para diferenciar este tipo de pilha (revolucionário na época) da pilha de

Daniell.

Pilha Comum

Exercício de sala...

1. Dê a equação global e calcule a diferença de potencial de uma pilha

com eletrodos de magnésio e chumbo. A seguir, faça um esquema

da montagem dessa pilha, indicando o ânodo e o cátodo.

2. Verifique se a reação, a seguir representada é espontânea:

Co

0

• FeSO

4

 CoSO

4

• Fe

0

3. Calcule a ddp de uma pilha com eletrodos de alumínio e cobre.

Quem se oxida e quem se reduz?

4. Dada a seguinte representação de pilha: Al

0

(s)

|Al

3+

(1mol/L)||Fe

2+

(1mol/

L)|Fe

(s)

0

C).

a) Escreva as semi-reações balanceadas

b)Considerando uma solução de sulfato dos respectivos metais, que

solução ficará concentrada e qual ficará diluída?

Corrosão

Uma deterioração dos metais provocada por processos eletroquímicos.

O ferro, por exemplo, enferruja por que se estabelece uma “pilha” entre

um ponto e outro do objeto de ferro.

Reação no anodo: 2Fe  2Fe

3+

• 6e

Reação no catodo: 3/2O

2

+ 3H

2

O + 6e

 6OH

Reação global: 2Fe + 3/2O

2

+ 3H

2

O  2Fe(OH)

3

Na formação da ferrugem:

A presença do ar e da umidade são fundamentais

A presença, no ar, de CO2, SO2 e outras substâncias ácidas acelera

a corrosão

Ambientes salinos aceleram a corrosão

Materiais que resistem a corrosão

Materiais utilizados em próteses ortopédicas:

Aço inoxidável, platina e titânio: resistem bem aos efeitos

da corrosão.

Alumínio

Apesar de ter um potencial de oxidação elevado ocorre a

apassivação do alumínio

EXEMPLO DE METAIS QUE FORMAM

CAMADA PASSIVADORA DE ÓXIDO,

COM PROTEÇÃO EFICIENTE

Al

Fe a altas temp.

Pb

Cr

Aço inox

Ti

Metal de sacrifício: associação de um metal mais reativo na

estrutura. Este metal será corroído mais depressa, retardando a

corrosão do metal de interesse. Possuir maior potencial de oxidação

que o ferro.

Exemplo: A corrosão de canalizações de água, oleodutos e tanques

subterrâneos, constituídos de aço ou ferro, podem ser retardadas

ligando blocos de magnésio, que será corroído mais depressa.

Proteção contra corrosão

ELETRÓLISE

Fenômeno contrário ao da pilha. Um processo não espontâneo provocado

pela corrente elétrica (E

0

< 0).

É uma reação de oxi-redução provocada pela corrente elétrica.

Para este processo inverso, têm-se que fornecer uma grande quantidade

de energia (elétrica), que irá promover a descarga dos íons do cátodo para

o ânodo.

Formas de eletrólise:

Eletrólise ígnea: fusão de uma substância iônica

Eletrólise em meio aquoso: dissociação ou ionização da substância em

meio aquoso.