01 aula introdução eletroquímica

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1a aula da disciplina de eletroquímica no curso de Licenciatura em Química na UEMS

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01 aula introdução eletroquímica

  1. 1. Prof Clauber
  2. 2. Ementa CH  68 h  Objetivo:  Introduzir os conceitos fundamentais da eletroquímica. 
  3. 3. Ementa Termodinâmica eletroquímica  Noções gerais sobre dupla camada elétrica e seus principais modelos estruturais,  cinética eletroquímica,  exemplos de processos eletroquímicos:  baterias e pilhas e  corrosão. 
  4. 4. Ementa  Noções sobre as principais técnicas eletroquímicas:  voltametrias  voltametrias  de varredura de potencial e de pulso. Apresentação de experimentos eletroquímicos elaborados pelos alunos como prática docente no contexto do ensino médio de Química.
  5. 5.  Bibliografia Básica:  ATKINS, P. W. Físico-Química. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. Vol. 1, 2 e 3.  CASTELLAN, G. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro: LTC, 1986.  MOORE, W. J. Físico-Química. São Paulo: Edgard Blücher Ltda: EDUSP, 1976. Vol.1 e 2.  BARD, A. J.; FAULKNER, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Aplications. 2ª.ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2001.
  6. 6.  Bibliografia Complementar:  BOCKRIS, J. O. M.; REDDY, A. K. N. Modern Eletrochemistry. New York: Plenum, 1970. Vol 1 e 2.  BRETT, A. M.; BRETT, C. M. A. Eletroquímica: princípios, métodos e aplicações. Coimbra: Almedina, 1996.  DENARO, A. R. Fundamentos de Eletroquímica. São Paulo: Edgard Blücher Ltda, 1974.  OLDHAM, K. B.; MYLAND, J. C. Fundamentals of Electrochemical Science. New York: Academic Press, 1994.
  7. 7.  Bibliografia Complementar:  SKOOG, D. A.; HOLLER, F. J.; NIEMAN, T. Principles of Instrumental Analysis. Philadelphia: Saunders,1998.  TICIANELLI, E. A.; GONZALEZ, E. R. Eletroquímica. São Paulo: EDUSP, 1998.  WANG, J. Analytical Electrochemistry. New York: VCH, 1995.
  8. 8.  Eletroquímica é o ramo da química preocupada com a inter-relação dos efeitos elétricos e químicos.  Uma grande parte deste campo lida com o estudo das alterações químicas provocadas pela passagem de uma corrente elétrica e da produção de energia elétrica por meio de reações químicas.
  9. 9. O campo da eletroquímica  Uma enorme variedade de fenômenos diferentes (por exemplo, eletroforese e corrosão),  Dispositivos (displays eletrocrômicos, sensores eletroanalítica, baterias e células de combustível) e  Tecnologias (a galvanização de metais e de grande escala produção de alumínio e cloro).
  10. 10. História da Eletricidade e Eletroquímica  A História da Eletricidade começa na Antiguidade, a partir da Grécia Antiga.  Segundo Tales de Mileto, ao se esfregar um pedaço de âmbar com pele de carneiro, era possível observar que pedaços de palha eram atraídos pelo âmbar. Fonte: Blog da eletroquímica. http://eletroquimic.blogspot.com/2007/11/histria-da-eletricidade-eeletroqumica_27.html
  11. 11. História da Eletricidade e Eletroquímica  A palavra eléktron (ἤλεκτρον) significa âmbar em grego.  Em relação ao seu desenvolvimento no Oriente, especula-se que objetos encontrados no Iraque, datados de 250 a.C., seriam utilizados como um tipo de bateria. Fonte: Blog da eletroquímica. http://eletroquimic.blogspot.com/2007/11/histria-da-eletricidade-eeletroqumica_27.html
  12. 12. Galvani  No século XVIII, a partir de estudos, realizados em coxas de rã descobriu que músculos e células nervosas eram capazes de produzir eletricidade, que ficou conhecida então como a eletricidade galvânica.  Mais tarde, Galvani demonstrou que essa eletricidade é originária de reações químicas.
  13. 13. http://www.art247.com/Photo/40108-Galvani-frog-Exp----4
  14. 14. Vídeo:
  15. 15. Experimento de Humphry Davy  Foram decompostas soluções de vários sais empregando a energia elétrica proveniente de uma pilha,  tais como o isolamento do sódio e do potássio de seus hidróxidos feita por Sir Humphry Davy (1801)
  16. 16. Faraday  Realizou pesquisas e elaborou teorias que constituíram os fundamentos da eletroquímica e do eletromagnetismo.  Os estudos realizados sobre a eletrólise de soluções de sais, ácidos e bases, serviram para obter as leis básicas da eletrólise (1834), relacionando a ação química produzida pela corrente e a quantidade de eletricidade
  17. 17.  Josiah Willard Gibbs demonstrou (1875) que a possibilidade de uma reação química ocorrer poderia ser avaliada pela diferença de potencial em uma célula galvânica.  Walther Nernst (1889) estudou sistemas em equilíbrio e relacionou o potencial da célula com a concentração das substâncias químicas utilizadas.
  18. 18.  Svante Arrhenius (1887) explicou a condutância elétrica de soluções em termos de migração de íons e equilíbrio entre íons e moléculas.  Em 1923, Peter Debye (prêmio Nobel em Química em 1936) e Erich Hückel explicaram a condutância, o potencial eletroquímico e outras propriedades de soluções iônicas.
  19. 19. O que é corrente elétrica?  A corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas, através de um condutor elétrico.  Ela pode ser definida como corrente elétrica real (sentido do movimento dos elétrons) e corrente elétrica convencional (consiste no movimento de cargas positivas). http://www.novafisica.net/conte udo/cont-3-corrente3.htm
  20. 20. Condições para que ocorra uma corrente elétrica num condutor  É necessário duas coisas fundamentais:  uma diferença de potencial, capaz de atrair os elétrons e  um meio de propagação que permita sua passagem.
  21. 21. O que ocorre dentro dos condutores  Há muitos elétrons livres descrevendo um movimento caótico, sem direção determinada. Aplicação de uma diferença de potencial externo (ex.: bateria) Estabelecime nto de um campo elétrico interno Os elétrons passam a se movimentar numa certa ordem Estabelecime nto de uma corrente elétrica
  22. 22. Tipos de corrente elétrica Corrente contínua:  É aquela cujo sentido se mantém constante. Ex: corrente de uma bateria de carro, pilha, etc.  Corrente alternada:  É aquela cujo sentido varia alternadamente. Ex: corrente usada nas residências. 
  23. 23. Condutores - Soluções Iônicas e Moleculares  Para que ocorra a corrente elétrica, é necessário um meio de propagação que permita a passagem dos elétrons.  O meio condutor pode ser qualquer meio material (constituído por matéria).  Portanto, alguns são bons condutores e outros são maus condutores (isolantes), ou seja, alguns permitem facilmente a passagem dos elétrons, outros dificultam e outros impedem.
  24. 24. Condução de corrente elétrica em uma solução Mas para uma solução permitir a condução de corrente, uma coisa é fundamental:  a presença de íons.  Dessa forma, as substâncias iônicas (quando em solução ou líquidas) liberam íons, portanto, conduzem corrente elétrica.  Já as substâncias moleculares (quando em solução), se não sofrerem ionização não conduzem corrente elétrica. 
  25. 25. Condutores líquidos  São as soluções básicas, ácidas ou salinas.  Nestes condutores, a corrente elétrica é constituída pelo movimento de íons em dois sentidos (cátions no sentido de campo elétrico negativo e ânions que se deslocam no sentido oposto).  Estes condutores são chamados  Eletrólitos.
  26. 26. Condutores gasoss  Os gases em geral são isolantes, mas, quando ionizados tornam-se condutores.
  27. 27. Condutores sólidos Normalmente os metais, como o ouro, a prata e o cobre são citados como condutores  Nos metais a corrente elétrica é constituída pelo movimento de elétrons que vão passando de um átomo a outro com grande facilidade, deslocando-se em sentido oposto ao do campo. 
  28. 28. E os outros Condutores sólidos?  Já outros sólidos como a madeira, o papel e o plástico são citados como não condutores, pois não permitem a passagem de fluxo de elétrons, ou deixam passar apenas um pequeno número deles.
  29. 29.  A primeira pilha foi criada em 1800, por Alessandro Volta, que utilizava discos de cobre e zinco, separadas por algodão embebido em solução salina.  Os discos foram chamados de eletrodos, sendo que os elétrons saiam do zinco para o cobre, fazendo uma pequena corrente fluir.
  30. 30. Pilha de Volta. Fonte: http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2006/Pilha_de_Daniel/pilha_de_Daniell.html
  31. 31. http://quimicanafacu.blogspot.com/2010/03/pilha-de-daniell.html
  32. 32. Em 1836, John Frederick Daniell construiu uma pilha com eletrodos de cobre e zinco, mas cada eletrodo ficava em uma cela individual, o que aumentava a eficiência da pilha, pois ela possuia um tubo que ligava as duas cubas, este tupo foi chamado de ponte salina.  Esta pilha ficou conhecida como pilha de Daniell. 

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