Eletroquímica pilha em forma de gelo físico-química ii
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE DO ESPIRÍTO SANTO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS NATURAIS
ENGENHARIA QUÍMICA
CAMILA CAROLYNE DE OLIVEIRA SANTOS
FREDERICO KROHLING MAYER
JULIO PANSIERE ZAVARISE
LARISSA BASTOS DE PAULA BOMFIM
EXPERIMENTO 10-ELETROQUÍMICA : PILHA EM SÉRIE DE FORMA DE
GELO
SÃO MATEUS-2015
PILHA EM SÉRIE DE FORMA DE GELO
A pilha proposta neste experimento deve ser montada de acordo com o
esquema mostrado na figura 1 . Os materiais ultizados são de fácil acesso e de
baixo custo sendo utilizados na montagem da pilha : uma forma de gelo de
plástico com 14 nichos , 13 parafusos galvanizados , 1,2 m de fio de cobre , sal
de cozinha (NaCl) e água destilada .
Figura 1: Modelo esquemático do experimento.
a) A pilha proposta por seu grupo é uma pilha primária ou secundária?
Primária. Ao contrário da pilha secundária, a pilha proposta nesse experimento
possui carga que se esgota, isto é, os íons de zinco presentes no parafuso são
liberados até serem totalmente consumidos, então, para que a carga seja
renovada seria necessário repô-los. Já a pilha secundária é recarregável,
sendo possível reverter a reação que ocorre utilizando uma corrente elétrica
contínua em sentido inverso àquele em que a corrente da pilha flui
normalmente.
b) Segundo a Resolução Conama nº 257, há alguma restrição quanto à
disposição dos resíduos produzidos pela pilha proposta por seu grupo?
Não, pois de acordo com a Resolução Conama n° 257, Art 1°: As pilhas e
baterias que contenham em suas composições chumbo, cádmio, mercúrio e
seus compostos, necessárias ao funcionamento de quaisquer tipos de
aparelhos, veículos ou sistemas, móveis ou fixos, bem como os produtos
eletro-eletrônicos que as contenham integradas em sua estrutura de forma não
substituível, após seu esgotamento energético, serão entregues pelos usuários
aos estabelecimentos que as comercializam ou à rede de assistência técnica
autorizada pelas respectivas indústrias, para repasse aos fabricantes
ou importadores, para que estes adotem, diretamente ou por meio de terceiros,
os procedimentos de reutilização, reciclagem, tratamento ou disposição final
ambientalmente adequada. Sendo assim, pelo fato de a pilha proposta pelo
grupo não conter nenhum dos itens citados em sua composição, não há
restrição quanto à disposição dos resíduos produzidos.
c) Qual a toxicidade do material utilizado na preparação da pilha proposta
por seu grupo? Que cuidados foram tomados durante o manuseio
experimental?
Zinco: a toxicidade pelo zinco é rara, geralmente quando ingerido acima de
100 a 300mg/dia. Nesta eventualidade poderá provocar distúrbios
gastrointestinais como náuseas, vômitos, gosto metálico e dores abdominais.
Cobre: Ingestões acidentais de cobre podem ocorrer em situações bastante
diversas como a ingestão de água ou de alimentos cozidos em recipientes de
cobre, de chá preparado com água de geyser, bebidas açucaradas preparadas
em máquinas defeituosas e bebidas alcoólicas destiladas ou conservadas em
recipientes de cobre, podendo ocasionar vômitos, dores epigástricas e
hemólise.
Portanto, a toxidades dos materiais usados não é considerado de alto risco,
sendo necessário apenas evitar a ingestão do zinco e do cobre.
d) Qual a semi-reação do catodo da pilha proposta por seu grupo?
e) Qual a semirreação do anodo da pilha proposta por seu grupo?
f) Qual a reação global da pilha proposta por seu grupo?
g) Qual a diferença de potencial máxima atingida pela pilha proposta por
seu grupo? Se você propôs um sistema em série, especifique a diferença
de potencial para cada célula e, também, para o conjunto como um todo.
experimento.
A diferença de potencial máxima aferida no teste realizado foi de 8,04 V. O
sistema de funcionamento da pilha é composto por uma ligação em série de 14
células , como visto na figura 1 . De acordo com as semirreações de oxidação
e redução , para o zinco e para o hidrogênio respectivamente , temos que cada
uma das células geraria uma diferença de potencial de +0,76 V . Como foi
proposto um sistema em série com 14 células , tem-se que a diferença
potencial total será dada como o produto do número de células pela diferença
de potencial unitária de cada célula . Dessa forma , pode-se calcular a
voltagem máxima esperada para o conjunto experimental montado:
.Considerando que o potencial padrão se aplica somente
aos reagentes que compõe a pilha em seu estado padrão , isto é a 25ºC , 1 bar
(para gases envolvidos no processo) e 1 mol.L-1 , e sabendo que na montagem
do experimento não foi possível adequar-se à estas condições, o valor da
diferença de potencial padrão não é passível de ser usado como uma
referência para avaliar a eficiência do experimento . Dessa forma , a
disparidade entre a diferenças de potencial padrão e a diferença de potencial
encontrada experimentalmente pode ser atribuída às condições experimentais
em que o experimento foi realizado que certamente diferem das condições
padrão .
h) Durante quanto tempo a pilha proposta por seu grupo se mantém no
máximo de seu potencial ?
Durante cerca de 10 minutos a pilha manteve a voltagem máxima observada
no ínicio do aferição , a saber 8,04 V , observando que houve oscilações na
voltagem durante toda a aferição. Porém após decorridos 5 minutos, notou-se
um decrésimo mais acentuado na voltagem gerada pela pilha.
i) A tensão da pilha depende da superfície de contato entre eletrodo e
solução? (Sugere-se, quando possível, alterar a área de contato fazendo
emergir parcialmente os eletrodos da pilha proposta pelo grupo e
medindo-se, durante esse procedimento, a tensão.)
A tensão gerada pela pilha não depende da área de contato entre os eletrodos
de zinco e cobre entre a solução salina .
j) Qual o custo da pilha proposta por seu grupo?
O gasto para a construção da pilha é em torno de 12,00 reais, porém todos os
materiais são de fácil obtenção podendo até mesmo serem reutilizados para
preparar esse experimento.
Forma de gelo = 2,50 reais
Fio de cobre (1, 2 m) = 4,50 reais
Parafuso (13) = 5,00 reais
k) Discuta a portabilidade da pilha proposta.
A pilha realizada nessa prática é de fácil obtenção e construção por apresentar
grande praticidade, no entanto, a solução salina não é mantida em recipiente
fechado, o que impede que essa pilha seja utilizada em movimento uma vez
que a solução poderia sofrer vazamentos, acarretando no mau funcionamento
da mesma.
l) Que cuidados foram tomados para que acidentes como choques
elétricos não ocorressem durante a montagem do sistema e apresentação
do mesmo?
Escolheu-se colocar a solução salina antes dos eletrodos para evitar possíveis
choques elétricos, ainda assim, o procedimento foi realizado pela equipe
portando-se de luvas de borracha e calçados.
m) Discuta a perda da eficiência da pilha proposta por seu grupo em
termo da energia livre de Gibbs. Utilize a equação de Nernst.
Primeiramente, é necessário deduzir a equação de Nernst. A equação da
energia de Gibbs para esta é reação se dá por:
onde:
Substituindo:
Agora, divide-se os termos da equação acima por –nF, logo:
Como a reação global da pilha foi dada por:
. As
variáveis da equação de Nernst são :
R= 8,315 J/Kmol;
T=Temperatura (Kelvin);
n= 2 (número de mols de életrons envolvidos no processo);
Eº= +0,76 V;
F= 96500 C.mol-1;
Q= quociente para qualquer instante da reação .
Considerando que conforme o tempo da reação passa, os reagentes serão
consumidos, isto é, a concentração de tende a diminuir uma vez que
ocorrerá a formação de H2(g), o que torna o denominador menor e, por sua
vez, aumenta o valor de Q. Aumentando o valor de Q na equação de Nernst,
temos que o termo fracionado irá ser maior conforme a reação ocorre, o que
torna a eficiência da pilha cada vez menor.
NOTAS
Confecção de Pilhas
CAMILA CAROLYNE DE OLIVEIRA SANTOS 9,9
FREDERICO KROHLING MAYER 9,9
JULIO PANSIERE ZAVARISE 9,9
LARISSA BOMFIM 9,9