2o. Bimestre - 3o.E e 3o.F - Eletroquimica

Eletroquímica
A Eletroquímica é a parte da química que estuda o relacionamento entre a corrente
elétrica e as reações químicas:
• Produção de corrente elétrica, através de uma reação química: pilha
• Ocorrência de uma reação química pela passagem da corrente elétrica: eletrólise
Para melhor entender a eletroquímica, vamos recordar algo sobre oxidação e redução.
• Oxidação: Quando uma espécie química perde elétrons na reação.
• Redução: quando uma espécie química recebe elétrons na reação.
A Série da Reatividade Química
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 de metal/catíon.
Nas experiências que descrevemos, observamos que:
• Al cede elétrons ao Zn ;
• Zn cede elétrons ao Cu ;
• Cu não cede elétrons ao Zn .
Podemos dispor esses metais em uma seqüência que indique a preferência em ceder
elétrons, ou, como é chamada, uma série de reatividade química.
Pilha
Pilha é qualquer dispositivo no qual uma reação de oxirredução espontânea produz
corrente elétrica.
Cátodo é o eletrodo no qual há redução (ganho de elétrons). É o pólo positivo da pilha.
Ânodo é o eletrodo no qual há oxidação (perda de elétrons). É o pólo negativo da pilha.
Os elétrons saem do ânodo (pólo negativo) e entram no cátodo (pólo positivo) da pilha.
Pilhas comerciais
* Pilha seca comum (Leclanché)
* Pilha alcalina comum
* Pilha de mercúrio
* Bateria de níquel-cádmio
* Bateria de chumbo
* Pilha de combustível
Representação convencionada pela IUPAC
Ânodo/Solução do ânodo//Solução do cátodo/Cátodo
Exemplo: Pilha de Daniell ® Zn/Zn2+//Cu2+/Cu
Eletrodo padrão
Eletrodo padrão é aquele no qual as concentrações das substâncias em solução é igual a
1 mol/L e a temperatura é de 25°C.
No caso de um gás participar do eletrodo, sua pressão deve ser igual a 1 atm.
Por convenção, o potencial padrão de eletrodo do hidrogênio é igual a zero e o seu
potencial padrão de redução é igual a zero:
2H+ + 2e-
® H2
E0
red = 0 (convenção)
A IUPAC eliminou o termo potencial de oxidação. Sempre deve ser
usada a expressão potencial de redução.
A medida do potencial padrão de redução de um dado eletrodo
padrão é feita medindo-se a ddp de uma pilha padrão na qual uma
das semipilhas é um eletrodo padrão de hidrogênio e a outra é o
eletrodo padrão cujo E0
red se quer medir.
• Quanto maior for o E0
red, 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.
• Quanto maior for o E0
red, mais difícil será a oxidação e mais
fraco será o redutor.
• Quanto menor for o E0
red, mais fácil será a oxidação e mais
forte será o redutor.
MENOR
E0
red
fluxo de elétrons
¾¾¾¾¾¾¾¾®
reação espontânea
(DG < 0) MAIOR E0 red fluxo de elétrons ¬¾¾¾¾¾¾¾¾ reação nãoespontânea (DG > 0)
Corrosão
Corrosão do ferro
Reação global: 2Fe + 3/2O2 + xH2O ®
Fe2O3 )
xH2O
ferrugem
Proteção contra a corrosão
* Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco)
* Lata (ferro revestido de estanho)
* Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas na superfície e que funcionam como eletrodo
de sacrifício
Eletrólise
Eletrólise é uma reação de oxirredução não-espontânea produzida pela passagem da
corrente elétrica.
Cátodo da cela eletrolítica é o eletrodo negativo, isto é, ligado ao pólo negativo do
gerador. Nele ocorre sempre uma reação de redução.
Ânodo da cela eletrolítica é o eletrodo positivo, isto é, ligado ao pólo positivo do
gerador. Nele sempre ocorre uma reação de oxidação.
Pólo
Positivo
Pólo
Negativo
Pilha Cátodo ânodo
Célula
Eletrolítica ânodo Cátodo
Na eletrólise em solução aquosa de sais de metais alcalinos (Na+,
K+...), alcalino-terrosos (Ca2+, Ba2+...) e de alumínio (Al3+), a
descarga no cátodo não é a dos respectivos cátions, mas ocorre
segundo a equação:
2H2O + 2e- ® H2 + 2(OH)-
Nas eletrólises em solução aquosa e com ânodo inerte (Pt ou grafite)
de sais oxigenados (SO4
2-, NO3
-, PO4
3-...) não há a descarga dos
respectivos ânions oxigenados, mas ocorre a descarga segundo a
equação:
H2O ® 2H+ + ½O2 + 2e-
O ânion F-, embora não seja oxigenado, comporta-se como os ânions
oxigenados em relação à descarga no ânodo.
Nas eletrólises em solução aquosa com ânodo de metal não-inerte M
(prata ou metal mais reativo que a prata), a descarga que ocorre no
ânodo é segundo a equação:
M ® M x+ + xe-
Ag ® Ag+ + e-
Cu ® Cu2+ + 2e-
Purificação eletrolítica do cobre - Faz-se a eletrólise de CuSO4 em
solução aquosa usando como cátodo um fio de cobre puro e como
ânodo um bloco de cobre impuro. Nesse processo, precipita a lama
anódica que contém impurezas de Au, Ag, Pt, etc., da qual são
posteriormente extraídos esses metais.
Galvanoplastia - Douração, prateação, niquelação, cromeação, etc.,
feitas por via eletrolítica.
Aplicações da eletrólise
• Obtenção de metais (Al, Na, Mg)
• Obtenção de NaOH, H2 e Cl2
• Purificação eletrolítica de metais
• Galvanoplastia
Equação Geral da Eletrólise
São duas: M=kEQ e m=e Q
96500C = m = 1E
1C = m = 1e
Vídeos :

http://www.youtube.com/watch?v=6d-yN-PKCGI

http://www.youtube.com/watch?v=jgEN7OXTWFc