Introdução:

A eletroquímica é o estudo das relações entre a eletricidade e as reações químicas. É o ramo da química que trata do uso de reações químicas espontâneas para produzir eletricidade e do uso de eletricidade para forçar as reações químicas não-espontâneas a acontecerem. O estudo deste ramo fornece uma visão de tópicos diversos como a fabricação de baterias, a espontaneidade de reações, a corrosão de metais e a galvanização elétrica. Além de permitir monitorar a atividade de nosso cérebro e nosso coração, o pH de nosso sangue e a presença de poluentes em nossas fontes de água. [Brown, 2005; Atkins, 2006]

As reações estudadas nesse ramo ocorrem nas chamadas células (ou celas) eletroquímicas. Uma célula eletroquímica é um dispositivo em que uma corrente elétrica – o fluxo de elétrons através de um circuito – é produzida por uma reação química espontânea ou é usada para forçar a ocorrência de uma reação não-espontânea. [Brown, 2005; Atkins, 2006]

Células Galvânicas

Uma célula galvânica (ou voltaica) é uma célula eletroquímica em que uma reação química espontânea é usada para gerar uma corrente elétrica. Em que a transferência de elétrons ocorre pelo caminho externo em vez de diretamente entre os reagentes. [Brown, 2005; Atkins, 2006]

Sempre que ligamos um aparelho de CD portátil ou o computador portátil, estamos completando um circuito que permite que uma reação química ocorra em uma bateria, tecnicamente, uma coleção de celas galvânicas unidas em série para que a voltagem produzida – sua capacidade de forçar uma corrente elétrica através de um circuito – seja a soma das voltagens de cada célula. [Atkins, 2006]

Estrutura

Uma célula galvânica consiste de dois eletrodos, ou condutores metálicos, que fazem o contato elétrico com o conteúdo da célula, e um eletrólito [#], um meio condutor iônico, dentro da célula. Em um condutor iônico, uma corrente elétrica é carregada pelo movimento dos íons. O eletrólito é tipicamente uma solução de um composto iônico em água. A oxidação ocorre em um eletrodo, onde a espécie está sendo oxidada cede elétrons para o condutor metálico. A redução ocorre no outro eletrodo, onde a espécie que está sendo reduzida coleta elétrons do condutor metálico. Esse processo de empurra-puxa provoca um fluxo de elétrons no circuito externo que une os dois eletrodos e essa corrente pode ser usada para realizar trabalho elétrico. Esses elétrons fluem espontaneamente do anodo para o catodo devido a diferença de energia potencial, um movimento a favor do gradiente. [Atkins, 2006]

O eletrodo em que a oxidação ocorre é chamado de anodo, e o da redução de catodo. [Atkins, 2006]

Para uma célula voltaica funcionar, as soluções nas duas semicélulas devem permanecer eletricamente neutras. Uma ponte salina serve a esse propósito. Conforme a oxidação e redução ocorrem nos eletrodos, os íons da ponte salina migram para neutralizar a carga nos compartimentos da célula. [Brown, 2005]

Um exemplo antigo da célula galvânica é a célula de Daniell que usa a oxidação do cobre pelos íons zinco. [Atkins, 2006]

Equação de Nernst

Usada para estimar a fem (força eletromotriz, também chamada de potencial de célula) das células em condições diferentes do padrão. Outra aplicação desta é na medida da concentração. Em uma célula de concentração (tipo de cela voltaica), os dois eletrodos são idênticos, a não ser pela concentração, que é diferente. [Brown, 2005; Atkins, 2006]

Para qualquer reação de célula que prossegue espontaneamente, como a da célula voltaica, a fem será positiva. [Brown, 2005]

Equação:

[#] Eletrólitos

Uma substância que se dissolve para dar uma solução que conduz eletricidade – que contem íons – é chamada de eletrólito. E quando essa não conduz eletricidade é chamada de não-eletrólito. Se pudéssemos ver as moléculas de uma solução não-eletrolítica, as moléculas estariam intactas e dispersas entre as moléculas de solvente. [Atkins, 2006]

Um eletrólito forte é uma substância que forma uma solução na qual o soluto está presente quase totalmente como íons. Quase todos os compostos iônicos solúveis e alguns moleculares que são eletrólitos fortes, como exemplos temos NaCl, HCl, HBr, HI. Já um eletrólito fraco se ioniza incompletamente em solução, muitas moléculas permanecem intactas, como no caso do COOH (ácido acético). [Atkins, 2006]

Referências:

[1] – [Princípios de Química – Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente: Peter Atkins; Loretta Jones / 3ª edição, Editora Bookman]

[2] – [Química - A Ciência Central: Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay Jr., Bruce E. Bursten, Julia R. Burdge / 9ª edição, Pearson Education]