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EletroquímicaFabio Augusto Dias – FLI – 13164 Rodrigo de Souza Ribeiro – EPR –
13950 Rodrigo José Tosetto – EPR – 17014
Prof. Dr. Élcio Barrak
Universidade Federal de Itajubá
Introdução•A eletroquímica é o estudo das relações
entre a eletricidade e as reações químicas.
•A fabricação de baterias, a galvanização elétrica e a corrosão de metais são exemplos de processos que envolvem a eletroquímica.
Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto1/27
Reações de Oxirredução•São aquelas em que um ou mais
elementos tem seu número de oxidação variado (nox)
Zn(s) + 2 H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g)
•Agente oxidante sofre redução.•Agente redutor sofre oxidação.
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Balanceamento de equações de oxirredução• Obedecer à lei da conservação de massa.• Os elétrons recebidos e dados devem estar
balanceados.• Balancear a equação através de semi-reações
de oxidação e redução.
3/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Balanceamento de equações de oxirredução
Método das semi-reações
•Reações em meio ácido •Adiciona-se H+ e H2O na equação
4/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Balanceamento de equações de oxirredução
Exercício
Complete e faça o balanceamento da seguinte equação pelo método das semi-
reações:
Cr2O72-
(aq) + Cl-(aq) Cr3+
(aq) + Cl2 (g)
Resposta: 14 H+(aq) + Cr2O7
2-(aq) + 6 Cl-
(aq) 2 Cr3+(aq) + 7 H2O (l) + 3 Cl2
(g)
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Balanceamento de equações de oxirredução
Método das Semi-reações
•Reações em meio básico •Adiciona-se OH- e H2O na equação
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Células voltaicas
Dispositivo que usa a energia liberada em
uma reação espontânea de
oxirredução para realizar trabalho
elétrico
7/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Células voltaicas•Ânodo: elétrodo onde ocorre a oxidação
•Cátodo: elétrodo onde ocorre a redução
•O fluxo de elétrons ocorre do ânodo para o cátodo pelo circuito externo
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Células voltaicas
9/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Fem de pilhas• Diferença de Potencial: A diferença de energia
potencial entre dois elétrodos é medida em volts. • 1 volt (V) é a diferença de potencial necessária
para fornecer 1 (J) de energia para uma carga de 1 coulomb (C).
1 (V) = 1 J/C
Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto10/27
Fem de pilhas
•Força eletromotriz (fem): É a força diretora que movimenta os elétrons ao longo de um circuito externo, de acordo com a sua diferença de potencial (ddp).
•Potencial-padrão de redução: Calculado a partir da semi-reação de redução do H+.
Eocel = Eo
red (cátodo) – Eored (ânodo)
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Fem de Pilhas
12/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Espontaneidade da Reação
• Elemento de maior potencial de redução, representa o agente oxidante.
• Elemento de menor potencial de redução, representa o agente redutor.
• Ecel > 0 : processo espontâneo.• Ecel < 0: processo não-espontâneo.
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Fem e variação de energia livre•Para um processo que ocorre em condições
ideais de temperatura e pressão, obtemos a energia livre de Gibbs, que relaciona a espontaneidade da reação:
G = -nFE
n = número de elétrons transferidos (n>0 e adimensional).
F = constante de Faraday (96485 C/mol )
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Efeito da concentração sobre a fem da pilha• A concentração dos reagentes varia à medida
que a célula voltaica é utilizada, alterando a fem, de acordo com a equação de Nernst, onde n = nº de elétrons transferidos e Q o cociente de concentrações:
• Desenvolvendo-se para T = 298 K→
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Fem da célula em equilíbrio químico
•Quando E = 0, a célula estará em equilibrio químico, e o quociente Q = Keq, onde:
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Pilhas de Concentração• Pilhas de concentração ocorrem quando,
tanto o ânodo quanto o cátodo possuem o mesmo elemento químico e a Fem depende exclusivamente da diferença de concentração.
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Curiosidade
Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto18/27
Baterias e pilhas•São fontes de energia
eletroquímica fechada e portátil que consistem em uma ou mais células voltaicas
•Pilhas primárias: não podem ser recarregadas
•Pilhas secundárias: podem ser recarregadas
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Baterias e pilhasUtilização de baterias ou pilhas no dia-a-
dia:
• Bateria de chumbo e ácido (automotiva);• Bateria de sódio e enxofre (automóveis
elétricos);• Pilhas alcalinas;• Pilhas secas;• Baterias de níquel-cádmio, níquel-hidreto
metálico e íon lítio (dispositivos eletrônicos portáteis);
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Baterias e pilhas•Zn (s) Zn2+ + 2e-
(reação anódica)
•Cu2+ + 2e- Cu (s)
(reação catódica)
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Baterias e pilhasElétrodo-padrão
• Quanto maior for o E0red, mais fácil será a
redução e mais forte será o oxidante. • Quanto menor for o E0
red, mais difícil será a redução e mais fraco será o oxidante.
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Corrosão
23/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
CorrosãoO que acelera a corrosão?
•Oxigênio
•Água
•pH da solução, exceto quando o pH é maior que 9
•Presença de sais24/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
CorrosãoComo prevenir ?
•Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco) •Lata (ferro revestido de estanho)•Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas à
superfície, que funcionam como elétrodo de sacrifício
25/27 Fabio / Rodrigo / Rodrigo Tosetto
Eletrólise • Reação de oxirredução não-espontânea
produzida pela passagem da corrente elétrica.
• Nas reações de oxirredução sempre ocorre alguma mudança do número de oxidação de pelo menos dois elementos (oxidante e redutor).
Pólo positivoPilha cátodo ânodo Célula eletrolítica ânodo cátodo
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Referências Bibliográficas•Química – A Ciência Central, Theodore
Brown; edição nº. 9; Editora Pearson.
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