Eletroquímica
description
Transcript of Eletroquímica
![Page 1: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/1.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
![Page 2: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/2.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
EletroquímicaÉ o estudo das reações químicas que produzem corrente elétrica por meio dos processos de oxidação e redução, como também o estudo das reações que ocorrem por intermédio do fornecimento de energia elétrica.
![Page 3: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/3.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Quanto às reações que produzem corrente elétrica, serão estudadas suas características por meio do funcionamento de aparelhos conhecidos como pilhas e baterias.
![Page 4: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/4.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
As pilhas e as baterias são consideradas atualmente peças fundamentais na sociedade moderna, como é o caso dos telefones celulares que devem grande parte do seu sucesso à evolução das baterias recarregáveis.
![Page 5: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/5.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
A formação da ferrugem e a fotossíntese são processos importantes. O primeiro, pelo prejuízo social que acarreta, enquanto o segundo é uma das transformações centrais nas teias alimentares do nosso planeta.
![Page 6: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/6.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Há algo de comum entre duas transformações diferentes? Nas primeiras décadas do século XX constatou-se um fenômeno que abriria um enorme campo de pesquisa: tanto à formação da ferrugem como a fotossíntese eram reações apoiadas por transferências de elétrons.
![Page 7: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/7.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Tais processos foram
globalmente denominados
reações de oxirredução (ou
oxi-red ou redox).
![Page 8: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/8.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Atualmente, as pesquisas sobre oxirredução exercem profunda influência na Bioquímica, nos estudos sobre poluição e na área da química industrial. E o ponto de partida dos modelos que investigam esse vasto campo de conhecimentos é o conceito de número de oxidação (Nox).
![Page 9: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/9.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Oxidação
Perda de elétrons
Aumento do número de oxidação
![Page 10: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/10.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Podemos representar uma equação de oxidação da seguinte forma:
Zn Zn2+ + 2e
Ag Ag+ + 1e
H2 2H+ + 2e
![Page 11: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/11.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Redução
Ganhode elétrons
Diminuição do número de oxidação
![Page 12: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/12.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Podemos representar uma equação de redução da seguinte forma:
Al3+ + 3e Al
2H+ + 2e H2
Cl2 + 2e 2Cl-
![Page 13: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/13.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Vejamos se você está por dentro:
Classifique a reação, clicando no ícone correto:
Mg Mg2+ + 2e
oxidação redução
![Page 14: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/14.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Classifique a reação, clicando no ícone correto:
2H+ + 2e H2
oxidação redução
![Page 15: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/15.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Classifique a reação, clicando no ícone correto:
Zn Zn2+ + 2e
oxidação redução
![Page 16: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/16.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Classifique a reação, clicando no ícone correto:
Cl2 + 2e 2Cl-
oxidação redução
![Page 17: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/17.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Classifique a reação, clicando no ícone correto:
Ag Ag+ + 1e
oxidação redução
![Page 18: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/18.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Classifique a reação, clicando no ícone correto:
Ca Ca2+ + 2e
oxidação redução
![Page 19: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/19.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Classifique a reação, clicando no ícone correto:
Al3+ + 3e Al
oxidação redução
![Page 20: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/20.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Para que possamos refletir, observe a seguinte experiência:
Preparamos uma solução aquosa de sulfato de cobre II: um sal bastante solúvel que se dissocia em íons Cu2+ e SO4
2-. Essa solução é de uma cor azul característica. A seguir, tomamos uma lâmina de zinco metálico (Zn), que é de cor cinza.
![Page 21: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/21.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Mergulhamos a lâmina de zinco na
solução de sulfato de cobre II;
agora, observemos o sistema
atentamente durante alguns
minutos. Veremos que com o passar
do tempo a lâmina e a solução
mudam de cor.
![Page 22: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/22.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Retirando a lâmina de zinco da solução, verificamos que a parte que estava submersa está recoberta por uma fina camada vermelho-amarelada – que podemos identificar como sendo cobre metálico – e que a solução perdeu a cor azul. Uma análise posterior mostrará a existência de íons Zn2+ em substituição aos íons Cu2+.
![Page 23: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/23.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
O exame dos fatos observados nos leva a concluir que houve uma reação de oxidação-redução na superfície da lâmina de zinco em contato com a solução de sulfato de cobre. Essa reação pode ser descrita pela equação:
Zn + CuSO4 Cu + ZnSO4
![Page 24: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/24.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Os reais participantes dessa reação foram os átomos de zinco da superfície da lâmina e os íons de Cu2+ da solução. Os íons sulfato (SO4
2-) permaneceram inalterados.
Portanto, a reação pode ser descrita por uma equação simplificada:
Zn + Cu2+ Cu + Zn2+
![Page 25: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/25.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
A equação anterior nos mostra que o zinco cede elétrons para os íons Cu2+ da solução e estes se depositam na lâmina na forma de cobre metálico (Cu). Evidentemente, os átomos de zinco da lâmina que cederam os elétrons converteram-se em íons Zn2+, que passam para a solução:
![Page 26: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/26.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Zn + Cu2+ Cu + Zn2+
lâmina Solução
Deposita-se na lâmina
Passa para a solução
Elétrons
![Page 27: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/27.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Dessa forma podemos concluir o seguinte:
Zn é o redutor ou agente redutor.
Cu2+ é o oxidante ou agente oxidante.
Isso quer dizer que o Zn cede elétrons ao Cu2+.
![Page 28: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/28.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Para que possamos refletir façamos, ainda, uma segunda experiência: preparamos uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4) e mergulhando
nessa solução uma lâmina de cobre, observamos que a lâmina de cobre não fica recoberta de zinco. Isso evidencia que não ocorre reação.
![Page 29: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/29.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cu + Zn2+ não ocorre a reação.
Isso quer dizer que o Cu não cede elétrons ao Zn2+.
![Page 30: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/30.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Para que possamos refletir façamos, ainda, uma terceira experiência: preparamos uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4) e mergulhando nessa solução uma lâmina de alumínio. Após algum tempo, detectamos uma fina película de zinco sobre a lâmina de alumínio e o aparecimento de íons Al3+ na solução. Isso evidencia que ocorre a reação.
![Page 31: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/31.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Al + Zn2+ Al3+ + Zn
Veja que os elétrons não estão em equilíbrio. Temos que balancear a equação, para que os elétrons cedidos sejam iguais aos elétrons recebidos. 2Al + 3Zn2+ 2Al3+ + 3ZnA melhor forma é inverter os números. Coloque 2 no alumínio e 3 no zinco. Agora já está balanceada.
![Page 32: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/32.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
2Al + 3Zn2+ 3Zn + 2Al3+
lâmina Solução
Deposita-se na lâmina
Passa para a solução
Elétrons
![Page 33: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/33.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Dessa forma podemos concluir o seguinte:
Al é o redutor ou agente redutor.
Zn2+ é o oxidante ou agente oxidante.
Isso quer dizer que o Al cede elétrons ao Zn2+.
![Page 34: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/34.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Para que possamos refletir façamos, ainda, uma quarta experiência: preparamos uma solução de sulfato de prata (Ag2SO4) e mergulhando nessa solução uma lâmina de Cobre. Após algum tempo, notamos a formação de uma película de prata sobre a lâmina de cobre e o aparecimento de íons Cu2+ na solução. Isso evidencia que ocorre a reação.
![Page 35: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/35.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cu + Ag+ Cu2+ + Ag
Veja que os elétrons não estão em equilíbrio. Temos que balancear a equação, para que os elétrons cedidos sejam iguais aos elétrons recebidos.
Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag
![Page 36: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/36.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cu + 2Ag+ 2Ag + Cu2+
lâmina Solução
Deposita-se na lâmina
Passa para a solução
Elétrons
![Page 37: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/37.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Dessa forma podemos concluir o seguinte:
Cu é o redutor ou agente redutor.
Ag+ é o oxidante ou agente oxidante.
Isso quer dizer que o Cu cede elétrons ao Ag+.
![Page 38: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/38.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Analisando em conjunto os resultados obtidos na seqüência anterior de experiências, verificamos que existe uma determinada ordem para que a reação ocorra, isto é, não basta simplesmente juntar duas espécies químicas: um metal e uma solução.
A natureza impõe condições para que haja reação entre um determinado par metal / cátion.
![Page 39: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/39.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Nas experiências que descrevemos, observamos que:
Al cede elétrons ao Zn2+;
Zn cede elétrons ao Cu2+;
Cu cede elétrons ao Ag+;
Cu não cede elétrons ao Zn2+.
![Page 40: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/40.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
O fornecedor de elétrons é chamado
redutor ou agente redutor. Quanto
maior a facilidade em fornecer
elétrons, mais forte é o redutor e
mais facilmente ele se oxida (ou
seja, perde elétrons).
![Page 41: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/41.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
O receptor de elétrons é chamado
oxidante ou agente oxidante.
Quanto maior a facilidade em
receber elétrons, mais forte é o
oxidante e mais facilmente ele se
reduz (ou seja, ganha elétrons).
![Page 42: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/42.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
A maior ou menor capacidade de fornecer elétrons é dada por uma medida chamada potencial de oxidação, com a qual podemos estabelecer a seguinte relação:
Quanto maior a capacidade de Quanto maior a capacidade de fornecer elétrons, maior o fornecer elétrons, maior o potencial de oxidação e, potencial de oxidação e, conseqüentemente, mais forte é o conseqüentemente, mais forte é o redutor e mais facilmente ele se redutor e mais facilmente ele se oxida.oxida.
![Page 43: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/43.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
A maior ou menor capacidade de receber elétrons é dada por uma medida chamada potencial de redução, com a qual podemos estabelecer a seguinte relação:
Quanto maior a capacidade de Quanto maior a capacidade de receber elétrons, maior o receber elétrons, maior o potencial de redução e, potencial de redução e, conseqüentemente, mais forte é o conseqüentemente, mais forte é o oxidante e mais facilmente ele se oxidante e mais facilmente ele se reduz.reduz.
![Page 44: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/44.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Podemos dispor esses metais em uma seqüência que indique a preferência em ceder elétrons, ou, como é chamada, uma série de reatividade química.
Al Zn Cu Ag
e- e-e-
e- e-
e-
![Page 45: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/45.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Nessa série, os átomos da esquerda cedem elétrons aos cátions dos elementos à sua direita. Assim, o Al cede elétrons a Zn2+, Cu2+ e Ag+.
Al Zn Cu Ag
e- e-e-
![Page 46: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/46.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Nessa série, os átomos da esquerda cedem elétrons aos cátions dos elementos à sua direita. Assim, o Zn cede elétrons a Cu2+ e Ag+, mas não cede elétrons ao Al3+.
Al Zn Cu Ag
e- e-
![Page 47: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/47.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Nessa série, os átomos da esquerda cedem elétrons aos cátions dos elementos à sua direita. Assim, o Cu cede elétrons a Ag+, mas não cede elétrons ao Al3+ e ao Zn2+ .
Al Zn Cu Age-
![Page 48: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/48.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
O cientista Linus Pauling, através de
experiências do tipo que analisamos,
conseguiu ordenar os metais de
acordo com a sua reatividade
química, ou seja, montou uma série
de reatividade química.
![Page 49: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/49.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cs Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Be Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Bi As
Cu Hg Ag Pt Au
Nessa série, os elementos estão dispostos em ordem decrescente de reatividade. Assim, o Cs é o mais reativo, enquanto o Au é o menos reativo.
Veja a aplicação desta fila:
![Page 50: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/50.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cs Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Be Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Bi As
Cu Hg Ag Pt Au
Dada a equação, descobrir se ela representa uma reação que pode ser efetuada:
Zn + Fe2+ Fe + Zn2+
![Page 51: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/51.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cs Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Be Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Bi As
Cu Hg Ag Pt Au
Zn + Fe2+ Fe + Zn2+
Examinando a fila de reatividade, verificamos que o zinco aparece antes do ferro. Então, a reação pode ser efetuada, pois o Zn pode ceder elétrons para o Fe2+.
![Page 52: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/52.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cs Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Be Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Bi As
Cu Hg Ag Pt Au
Zn + Fe2+ Fe + Zn2+
Dessa forma, o agente oxidante é o
Fe2+ (oxida o Zn a Zn2+) e o agente
redutor é o Zn (reduz o Fe2+ a Fe).
![Page 53: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/53.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cs Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Be Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Bi As
Cu Hg Ag Pt Au
Dada a equação, descobrir se ela
representa uma reação que pode
ser efetuada:
Ni + Fe2+ Fe + Ni2+
![Page 54: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/54.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cs Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Be Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Bi As
Cu Hg Ag Pt Au
Ni + Fe2 + Fe + Ni2+
Examinando a fila de reatividade, verificamos que o níquel aparece depois do ferro. Então, a reação não pode ser efetuada, pois o Ni pode ceder elétrons para o Fe+2.
![Page 55: Eletroquímica](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062518/56814121550346895dacf5d7/html5/thumbnails/55.jpg)
Profa Dra Silvania Maria Netto OUT 2005
Cs Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Be Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Bi As
Cu Hg Ag Pt Au
Ni + Fe2+ Fe + Ni2+
Dessa forma, como a reação não
ocorreu, não teremos agente
oxidante nem agente redutor.