O documento discute a relação entre química e eletricidade, especificamente sobre eletroquímica e dispositivos que permitem a conversão de energia química em elétrica e vice-versa, como pilhas e células eletrolíticas. Explica o funcionamento de pilhas comuns, como as de Daniell e Leclanché, além de aspectos como potencial do eletrodo, espontaneidade de reações e tipos de pilhas.

1. A matéria é constituída de partículas eletricamente carregadas; assim, não é
surpreendente que seja possível converter a energia química em energia elétrica
e vice-versa?

2. Eletroquímica
É a parte da Química que estuda a
relação entre a corrente elétrica e as reações
químicas.
Energia química energia elétrica
pilhas
eletrólise

3. Células galvânicas ou eletroquímicas
Um dispositivo que permite a interconversão de energia
química e elétrica
1. Pilhas: a energia química é convertida em energia
elétrica. Neste caso a reação química é espontânea.
2. Células eletrolíticas: a energia elétrica é convertida em
energia química. Neste caso a energia elétrica de uma
fonte externa é utilizada para produzir reações químicas.

4. REAÇÕES DE OXI-REDUÇÃO
Reações que se caracterizam pela transferência de elétrons.
Zn0 + CuSO4 ZnSO4 + Cu0
15 a 20 minutos
Lâmina de Zn
Solução aquosa de CuSO4
Solução com menos CuSO4
e um pouco de ZnSO4
Zn
Depósito de Cu

5. PILHAS
É um dispositivo onde uma reação de óxido-redução espontânea
produz corrente elétrica.
Neste caso, o Zn0 entrega os elétrons ao Cu2+ através de um fio
externo – teremos a chamada pilha de Daniell.

6. Ele empilhou alternadamente discos de zinco e de cobre,
separando-os por pedaços de tecido embebidos em solução
de ácido sulfúrico.
A pilha de Volta, produzia energia elétrica sempre que um fio
condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre,
colocados na extremidade da pilha.
HISTÓRICO
Luigi Aloisio Galvani (1737-1798): criou uma teoria admitindo a
existência de uma eletricidade animal.
Alessandro Volta (1745 -1827): a eletricidade tem origem nos
metais. Criou a 1ª pilha em 1800. Precursor da produção de eletricidade
em fluxo contínuo.
John Frederic Daniell (1790 – 1845): substituiu, nas
pilhas, as soluções ácidas pelas soluções de sais.

7. Em 1836, John Frederick Daniell construiu uma pilha com eletrodos
de cobre e zinco em uma cela individual e um tubo que ligava as soluções
salinas (ponte salina). Esta pilha ficou conhecida como pilha de Daniell.
Funcionamento da pilha:
 Semelhante a de Volta: possuem os mesmos eletrodos;
 Diferenças em relação a de Volta: os eletrodos estão em compartimentos
separados, e a utilização da ponte de salina, que é responsável pelo
fechamento do circuito elétrico.

8. Denominações dos materiais utilizados nas pilhas
Ânodo: eletrodo que emite elétrons para o circuito externo
Cátodo: eletrodo que recebe elétrons do circuito externo
Representação convencionada pela IUPAC para as pilhas
Ânodo/Solução do ânodo//Solução do cátodo/Cátodo
Ponte de salina: permite a movimentação de íons de uma cela para outra,
nos dois sentidos
Zn0(s)|Zn2+ (1mol/L) || Cu2+ (1 mol/L) |Cu0(s) (25 0C)

9. Exercício de sala...
Sabendo que o metal cobalto pode ceder elétrons espontaneamente
para os íons Au3+, e considerando a pilha:
Co0(s) | Co2+ (1mol/L) || Au3+ (1mol/L) | Au0 (s) (25 0C)
responda as seguintes perguntas:
a) Quais as semi-reações? Qual a reação global do processo?
b) Quem se oxida? Quem se reduz?
c) Qual é o eletrodo positivo? Qual é o eletrodo negativo?
d) Em que sentido fluem os elétrons pelo fio?
e) Qual eletrodo será gasto? Qual tera a sua massa aumentada?
f) Qual das duas soluções irá se diluir? Qual irá se concentrar?

10. Potencial do eletrodo
É a tendência em deslocar o equilíbrio da reação para o sentido da
oxidação ou redução, é simbolizado por E0.
Eoxid Ered
Fatores que interferem no potencial do eletrodo:
Temperatura
Concentração dos íons da solução
Maior temperatura do eletrodo  maior tendência a perder elétrons  maior Eoxid
Menor Eoxidmaior Eredmaior tendência a receber e-maior conc. cátions

11. Medida de potencial do eletrodo
A medida do potencial do eletrodo é efetuada nas seguintes condições:
- Temperatura de 25 0C;
- Concentração da solução igual a 1 molar;
- Pressão de 1 atm.
O valor medido é o potencial normal do eletrodo, simbolizado por E0.
O potencial padrão de hidrogênio é o referencial usado para medida de
potencial do eletrodo e a unidade de medida convencional para potencial
elétrico é o volt (V).

12. Eletrodo padrão de hidrogênio
- Solução 1M de um ácido;
- Fluxo de gás hidrogênio, p = 1 atm e T = 25 0C;
- Lâmina de platina (absorve este gás na superfície do metal)
2H+ + 2e- H2(g)
Ao eletrodo padrão de hidrogênio associou-se o valor nulo.
Então, para medir o potencial normal do eletrodo de zinco, basta ligá-lo ao
eletrodo padrão em uma montagem semelhante a pilha de Daniell

13. Para o eletrodo de zinco:
O voltímetro acusa uma ddp de 0,76V e indica que o movimento dos
elétrons é do eletrodo Zn0/Zn2+ para o eletrodo padrão.
Eletrodo Zn0/Zn2+ : E0
oxid = +0,76 V
E0
red = -0,76 V
Eletrodo padrão : E0
oxid = 0 V
Medida do potencial do eletrodo
Para o eletrodo de cobre:
O voltímetro acusa uma ddp de 0,34V e indica que o movimento dos
elétrons é do eletrodo padrão para o eletrodo Cu0/Cu2+.
Eletrodo Cu0/Cu2+ : E0
red = +0,34 V
E0
oxid = -0,34 V
Eletrodo padrão : E0
red = 0 V

14. Exercício de sala...
Semi-reação E0
red
Al3+ + 3e-  Al -1,66V
Co2+ + 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 o valor do E0
oxid do eletrodo Al?

15. Cálculo da ddp (E0) ou força eletromotriz (fem)
E0 = E0oxid + E0red
Assim, para a pilha de Daniell, temos:
Eletrodo Zn0/Zn2+ : E0
oxid = +0,76 V
Eletrodo Cu2+/Cu0 : E0
red = +0,34 V
E0 = +0,76 + 0,34 = 1,10 V

16. 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 E0 é sempre positivo.
Isto nos permite prever a ocorrência de reações de oxirredução.
Verifique se ocorre a seguinte reação:
Cu0 + Fe2+  Cu2+ + Fe0
Na tabela de potenciais observa-se que:
Cu2+ + 2e-  Cu0 E0red = + 0,34 V
Fe2+ + 2e-  Fe0 E0red = - 0,44 V
E0 = E0oxid + E0red
= - 0,34 – 0,44 = - 0,78 V
Como E0 < 0, o processo
não é espontâneo, e a reação
não ocorre

17. PILHA DE MÃO
Constituída de dois eletrodos: um de cobre e outro de alumínio,
conectadas a um voltímetro.
Nos dois pólos: negativo (alumínio) e positivo (cobre) ocorrem as semi-
reações de oxidação e redução, respectivamente. Mas a pilha só entra em
funcionamento quando o circuito é fechado, e isto ocorre no momento em
que uma pessoa coloca suas duas mãos nos eletrodos.
Os sais presentes no suor das mãos estão dissociados em íons que são
responsáveis pelo transporte da corrente elétrica.
A pilha de mãos funciona com duas ou mais pessoas. Entretanto, o fluxo
da corrente elétrica fica mais fraco, aumentando a resistência e
consequentemente diminuindo a intensidade de corrente elétrica.
Tipos de pilha

18. 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

19. 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.

20. O ânodo é feito de zinco altamente poroso, que permite uma oxidação
mais rápida em relação ao zinco utilizado na pilha seca comum.
PILHA SECA ALCALINA ou PILHA COMUM ALCALINA
São semelhantes à de Leclanché. As principais
diferenças são:
A mistura eletrolítica contém KOH ou NaOH,
ao invés de NH4Cl
Comparando-as com as pilhas secas comuns, as alcalinas são mais
caras, mantêm a voltagem constante por mais tempo e duram cinco vezes
mais.
Por que será que as pilhas alcalinas duram mais que as
comuns???
Nas pilhas alcalinas, o meio básico faz com que o eletrodo de zinco sofra
um desgaste mais lento, comparado com as pilhas comuns que possuem
um caráter ácido.

21. Durante a descarga da bateria o ácido sulfúrico é consumido, com isso a
concentração e a densidade da diminuem gradativamente. Quando a densidade
atinge valores inferiores a 1,20g/mL, a bateria está praticamente descarregada.
SABENDO MAIS...
Porque uma bateria de automóvel (chumbo) dura tanto tempo?
Em uso contínuo, a bateria de chumbo duraria poucas horas, mas no automóvel, ela
é recarregada pelo gerador, através da aplicação de uma diferença de potencial
superior a da bateria em sentido contrário (eletrólise).
É correto colocar água na bateria de chumbo?
As constantes recargas efetuadas pelo gerador na bateria de chumbo, causa
também a decomposição da água da solução da bateria, por isso, periodicamente
coloca-se água destilada
Quando a bateria de chumbo fica totalmente descarregada?

22. SABENDO MAIS...
Depois que a pilha comum para de funcionar (descarrega) ela pode ser
recarregada e voltar a funcionar novamente?
Não, ela volta a funcionar durante algum tempo, porque a baixa temperatura faz
com que o gás amônia seja removido, o que não significa que ela foi recarregada.
Não. Porque a pilha de Leclanché não é recarregável (semi-reação de redução
irreversível). A pilha cessa seu funcionamento quando todo o dióxido de manganês é
consumido.
Se colocarmos uma pilha gasta na geladeira ela é recarregada?

23. Recarregada não, mas o aumento de temperatura irá favorecer a perda de elétrons,
fazendo com que ela funcione por mais algum tempo.
Será que a pilha comum dura mais se intercalar períodos de uso e de
repouso?
SABENDO MAIS...
Sim. Pois ao utilizar continuamente a pilha, os gases formados: hidrogênio e gás
amônia impedem o fluxo de cargas elétricas fazendo com que a corrente caia.
Retirando a pilha do aparelho, após um certo tempo ela irá funcionar, pois as
bolhas gasosas formadas serão desfeitas.
E na água quente a pilha é recarregada?

24. 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:
Co0 + FeSO4  CoSO4 + Fe0
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:
Al0
(s)|Al3+(1mol/L)||Fe2+(1mol/L)|Fe0(s) (250C).
a) Escreva as semi-reações balanceadas
b)Considerando uma solução de sulfato dos respectivos metais, que
solução ficará concentrada e qual ficará diluída?

25. 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  2Fe3+ + 6e-
Reação no catodo: 3/2O2 + 3H2O + 6e-  6OH-
Reação global: 2Fe + 3/2O2 + 3H2O  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

26. Corrosão de outros metais
O cobre e algumas ligas: recoberto por uma camada esverdeada
Cu+O2+H2O+CO2 CuO.xH2O+Cu(OH)2.xH2O+CuCO3.xH2O+outros comp.
azinavre
A prata: película superficial escura
Ag + H2S + O2 + compostos sulfurados  Ag2S + outros compostos

27. 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

28. Proteção contra corrosão
 Pintura (mais comum)
-lixar o metal (para eliminar a película de ferrugem já formada);
-tinta a base de zarcão (Pb3O4);
-Tintas especiais.
 Revestimento com a película de zinco (folhas de zinco ou chapas
galvanizadas).
Adição da chapa de aço em Zn derretido ou depósito de zinco sobre o ácido
por meio de eletrólise.
Obs.: chapas de aço podem ainda ser protegidas por uma película de
estanho, dando origem à lata comum (fabrico de latas de conserva).

29.  Metal de sacrifício: associação de um metal mais reativo na
estrutura. Este metal será corroído mais depressa, retardando a
corrosão do metal de interesse
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

30. ELETRÓLISE
Fenômeno contrário ao da pilha. Um processo não espontâneo provocado
pela corrente elétrica (E0 < 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.

31. No processo da eletrólise há:
Um circuito elétrico
Um gerador elétrico
Uma célula eletrolítica
ELETRÓLISE
- +
Gerador
saída de eléltronsentrada de eléltrons
Célula eletrolítica
Eletrodo positivo ou anodoEletrodo negativo ou catodo

32. cátodo anodo
Nas pilhas É o polo +
ocorre reduções
É o polo -
ocorre oxidações
Na eletrólise É o polo -
ocorre reduções
É o polo +
ocorre oxidações

33. A galvanização é um processo para
proteção contra corrosão de peças de
aço ou ferro fundido, altamente durável
e de baixo custo.
A galvanoplastia é a
tecnologia responsável pela
transferência de íons
metálicos de uma dada
superfície sólida ou meio
líquido denominado eletrólito,
para outra superfície, seja ela
metálica ou não.
GALVANIZAÇÃO
É uma das aplicações práticas da
eletrólise.
Consiste na deposição de finas
películas de metais sobre peças
metálicas ou plásticas