Eletroquímica

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Eletroquímica

  1. 1. ELETROQUÍMICA Matheus Von 5105904
  2. 2. Introdução: o que é eletroquímica?  A eletroquímica é o estudo das reações químicas envolvendo o que é denominado como eletricidade. As reações podem produzir eletricidade ou, pelo caminho inverso, a eletricidade que leva as reações químicas a acontecerem.
  3. 3. Revisão: Oxirredução  Uma reação iônica feita pela transição de elétrons;  Ganho de elétrons de um componente da reação e perda de elétrons de outro;  Ganho de elétrons = redução; perda de elétrons = oxidação.
  4. 4. Revisão: Oxirredução Na (s) + Cl (g)  2 NaCl (s)  Na perde elétron (ganha carga positiva) para o Cl (ganha carga negativa) e assim se forma a ligação.  Na oxida por causa de Cl, portanto Cl é o agente oxidante; Cl reduz por causa de Na, então Na é o agente redutor.
  5. 5. Revisão: Oxirredução Resumindo:  Oxidação = perda de elétrons;  Redução = ganho de elétrons;  Oxirredução = reação onde há redução e oxidação ao mesmo tempo;  Agente oxidante = o reagente que provoca a oxidação;  Agente redutor = o reagente que provoca a redução.
  6. 6. Revisão: Oxirredução Regras dos Números de Oxidação 1ª regra O número de oxidação de um elemento ou substância simples é sempre zero 2ª regra O número de oxidação do hidrogênio é, na maioria dos casos, igual a +1 3ª regra O número de oxidação do oxigênio é, na maioria dos casos, -2 4ª regra Metais alcalinos e alcalino-terrosos apresentam, respectivamente, NOX +1 e +2 5ª regra Determinados apresentam NOX fixo. São eles: Ag = +1; Zn = +2; Al = +3; F, Cl, Br e I = -1 6ª regra O somatório do NOX dos elementos, em substâncias sem carga, sempre será igual à zero. No caso de íons, o resultado do somatório será esta carga.
  7. 7. Revisão: Oxirredução  Exemplo: Calcule o NOX dos elementos das seguintes substâncias: 1. FeCl3 2. H3PO4 3. HNO3 4. SO4 -2
  8. 8. Células Galvânicas  Também conhecidas como Células Eletroquímicas;  Reações espontâneas;  As reações químicas geram energia elétrica.
  9. 9. Células Galvânicas
  10. 10. Células Galvânicas  No experimento demonstrado, ocorreu uma reação de substituição: Zn0 + CuSO4  ZnSO4 + Cu0  Simplificando-a: Zn0 + Cu2+  Zn2+ + Cu0
  11. 11. Células Galvânicas  A carga de Zn aumentou: oxidou-se/é o agente redutor Zn0  Zn2+ + 2e-  A carga de Cu diminuiu: reduziu-se/é o agente oxidante Cu2+ + 2e-  Cu0
  12. 12. Células Galvânicas  Para que se monte uma pilha baseada nesse exemplo, é feito o seguinte esquema:
  13. 13. Células Galvânicas  Ou ainda, com a ponte salina:
  14. 14. Células Galvânicas  A pilha após um tempo de funcionamento:
  15. 15. Células Galvânicas  Resumindo, neste caso, ocorre a mesma reação de substituição apresentada antes: Zn0 + CuSO4  ZnSO4 + Cu0  Cu reduz-se. O eletrodo que sofre redução é chamado de catodo, e é o polo positivo;  Zn sofre oxidação, portanto é chamado de anodo, e é o polo negativo.  Os elétrons fluem do polo negativo (anodo) ao polo positivo (catodo).
  16. 16. Células Eletrolíticas  Enquanto as células galvânicas se baseiam no conceito de transformar energia química em energia elétrica, nas células eletrolíticas ocorre processo conhecido como o caminho inverso à este: a eletrólise. A reação, aqui, é provocada pela corrente elétrica.
  17. 17. Células Eletrolíticas  Exemplo: deseja-se realizar o inverso da seguinte reação: Na + Cl  NaCl. Sabe-se que seu potencial elétrico é de 1,35 V. Porém, como se obteve esse valor?  Para calcular o valor da energia potencial elétrica dos eletrodos, consulta-se a tabela dos potenciais-padrão de eletrodo. A energia potencial elétrica dos eletrodos é a diferença entre o potencial elétrico do anodo e o potencial elétrico do catodo.
  18. 18. Células Eletrolíticas  Matematicamente: ΔE0 (força eletromotriz) = E0 anodo – E0 catodo  Aplicando os valores na fórmula: ΔE0 = -1,36 – (-2,71) = 1,35 V  Esta será a potencia elétrica necessária para que se possa realizar a eletrólise.
  19. 19. Células Eletrolíticas  A potência elétrica desejada é obtida através de um gerador:
  20. 20. Células Eletrolíticas  A eletrólise apresenta determinados pré-requisitos para ser feita  A energia fornecida pelo gerador deve ser constante e igual ou superior ao potencial elétrico da substância em questão;  Há necessidade de estímulo na mobilidade dos íons por fusão (eletrólise ígnea) ou por dissolução em solução (eletrólise em solução)
  21. 21. Eletrólise Ígnea  Gerador com maior potencial elétrico que o dos eletrodos;  É feita a fusão completa da substância para que haja liberdade no movimento dos íons;  No caso do exemplo do NaCl:  Funde-se à 808ºC  Gerador com potência de 1,35V
  22. 22. Eletrólise Ígnea Esquema da Eletrólise Ígnea
  23. 23. Eletrólise Ígnea  As reações: Catodo/polo negativo/reação de redução: Na+ + e-  Na Anodo/polo positivo/reação de oxidação: Cl-  ½ Cl2 + e- Somando as reações, se tem: Na+ + Cl-  Na + ½ Cl2.  O fluxo de elétrons é do polo negativo (catodo) ao polo positivo (anodo).
  24. 24. Eletrólise em Solução Aquosa  Gerador com potencial superior ao dos eletrodos;  Faz uso do composto que se quer provocar a eletrólise em solução aquosa;  A dissociação da água também participa da reação.
  25. 25. Eletrólise em Solução Aquosa  Pode-se prever quem será mais facilmente descarregado através da fila das tensões eletrolíticas:
  26. 26. Eletrólise em Solução Aquosa  Reações de dissociação: NaCl  Na+ + Cl- H2O  H+ + OH-  Preferências de descarga: H+ e Cl-. Portanto: Polo positivo: 2 Cl-  Cl2(g) + 2e- Polo negativo: 2 H+ + 2e-  H2(g)
  27. 27. Eletrólise em Solução Aquosa  Definindo a reação global:  1º passo: Identificar as reações iniciais de dissociação: NaCl  Na+ + Cl- ; H2O  H+ + OH-  2º passo: Identificar as reações dos polos: 2 Cl-  Cl2(g) + 2e- ; 2 H+ + 2e-  H2(g)  3º passo: Somam-se as quatro reações.
  28. 28. Eletrólise em Solução Aquosa 2NaCl  2Na+ + 2Cl- 2H2O  2H+ + 2OH- 2Cl-  Cl2(g) + 2e- 2H+ + 2e-  H2(g) ---------------------------------  Reação global: 2NaCl + 2H2O  Cl2 + H2 + NaOH
  29. 29. Eletrólise em Solução Aquosa
  30. 30. Exercícios
  31. 31. Exercícios Dados os eletrodos da pilha no exercício anterior, calcule o potencial elétrico da mesma, utilizando a tabela de potenciais-padrão do eletrodo. Resposta: 2Ag+ + 2e-  2Ag E0 catodo = +0,80V (x2) = 1,60V Cu  Cu2+ + 2e- E0 anodo = +2,87V ------------------------------------------------------ 2Ag+ + Cu  2Ag + Cu2+ ΔE0 = E0 anodo – E0 catodo  ΔE0 = 1,60 – 2,87 = -1,27V
  32. 32. Exercícios Seguindo os passos para obter a reação global de eletrólise em solução aquosa de uma substância, obtenha a reação global do H2SO4.
  33. 33. Exercícios Em uma célula eletroquímica, ocorre a seguinte reação espontânea: Fe2+ (aq) + Ag+ (aq)  Ag(s) + Fe3+ (aq) ΔE0 = + 0,028V O que acontece na reação se for instalada, na corrente elétrica, uma fonte externa de 0,030V?
  34. 34. Revisão Pra vocês a eletroquímica eu vou ensinar Não adianta fazer música se eu não rimar E essa não é matéria pra se decorar, é para entender Que numa pilha a gente tem dois diferentes lados O anodo é o polo negativo e fica oxidado O seu eletrodo fica um tanto corroído E o catodo fica lá, reduzido Já que o anodo é negativo, o catodo é positivo Se “solução” fosse macho, “ficaria diluído” O anodo é ainda mais chique que doutor Não é à toa que o chamam de agente redutor O catodo não fica atrás nem por um instante Tanto é que o chamam de agente oxidante Mas a brincadeira agora vai mudar Na eletrólise, com o gerador, a gente inverte a reação Pode ser ígnea ou em solução Aqui, o que muda, são os polos, meus amigos O catodo é negativo e o anodo positivo E pra saber a reação global da “em solução” Identifique as reações de dissociação E a dos polos também precisam ser identificadas Pra que no fim, todas sejam somadas
  35. 35. Bibliografia  FELTRE, Ricardo. Química: vol. 2. 6ª ed. São Paulo: Moderna, 2004. 418 p.  SUZUKI, Ricardo. Ligações químicas: Introdução. 2007. Disponível em: <http://www.passeiweb.com/estudos/sala_de_aula/quimica/li gacoes_quimicas_aula_1>. Acesso em: 02 mai. 2015, 17:32:00.  ROCHA, Jennifer. Exercícios sobre a Pilha de Daniell. Disponível em: <http://exercicios.brasilescola.com/exercicios- quimica/exercicios-sobre-pilha-daniell.htm>. Acesso em: 03 mai. 2015, 20:15:00.

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