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Eletroquímica Prof a Cláudia Bacchi

Eletroquímica Prof a Cláudia Bacchi. Eletroquímica. É o estudo das reações química que produzem corrente elétrica ou são produzidas pela corrente elétrica. ELETROQUÍMICA. * Eletrólise. *Pilhas. ELETROQUÍMICA. 1) Eletrólise: reações provocadas pela corrente elétrica.

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Eletroquímica Prof a Cláudia Bacchi

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Presentation Transcript

  1. EletroquímicaProf a Cláudia Bacchi Professora Cláudia Bacchi

  2. Eletroquímica É o estudo das reações química que produzem corrente elétrica ou são produzidas pela corrente elétrica. Professora Cláudia Bacchi

  3. ELETROQUÍMICA * Eletrólise *Pilhas Professora Cláudia Bacchi

  4. ELETROQUÍMICA 1) Eletrólise: reações provocadas pela corrente elétrica. 2) Pilhas: reações que produzem corrente elétrica. Professora Cláudia Bacchi

  5. Professora Cláudia Bacchi

  6. Oxidação É a perda de elétrons ou aumento do NOX Redução É o ganho de elétrons ou diminuição do NOX Reações de oxi-redução • Redutor • É o elemento ou substância que provoca reduções • (ele próprio irá oxidar) • Oxidante • É o elemento ou substância que provoca oxidações • (ele próprio ira reduzir) Professora Cláudia Bacchi

  7. ESQUEMATICAMENTE OXIDAÇÃO Aumenta o NOX -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 REDUÇÃO Diminui o NOX Professora Cláudia Bacchi

  8. Reconhecimento de equações de oxi-redução P4 + Cl2 PCl3 0 0 +3 -1 oxidação redução Oxidação É a perda de elétrons ou aumento do NOX Redução É o ganho de elétrons ou diminuição do NOX Professora Cláudia Bacchi

  9. Balanceamento de equações de oxi-redução P4 + Cl2 PCl3 ∆ = 3 .4 ∆ = 1.2 Etapa 1: Tirar o NOX dos elemento e verificar suas variações. Etapa 2: Verificar a variação total dos NOX (∆ = variação do NOX . n0 de átomos) Professora Cláudia Bacchi

  10. Balanceamento de equações de oxi-redução P4 + Cl2 PCl3 ∆ = 3 .4 ∆ = 1 .2 Etapa3: Regra do x ∆ = 3 .4 =12 ∆ = 1 . 2= 2 P4 Cl2 2P4 + 12Cl2 PCl3 Professora Cláudia Bacchi

  11. Etapa 4: Completar o balanceamento e simplificar se possível 2P4 + 12 Cl2 8 PCl3 Ou = ÷ 2 P4 + 6 Cl2 4 PCl3 Professora Cláudia Bacchi

  12. Reveja as regras para balanceamento • Etapa 1: Tirar o NOX dos elemento e verificar suas variações. • Etapa 2: Verificar a variação total dos NOX • (∆ = variação do NOX . n0 de átomos) • Etapa3: Regra do x • Etapa 4: Completar o balanceamento e simplificar se possível Professora Cláudia Bacchi

  13. Semi - reações Zn0 + CuSO4  ZnSO4 + Cu0 Zn0 + Cu +2 SO4-2 Zn +2 SO4-2 + Cu0 2 e- Semi-reação de oxidação ou do redutor Zn0 Zn +2 + 2e- Cu +2 +2e- Cu0 Semi-reação de redução ou do oxidante Professora Cláudia Bacchi

  14. Uma pilha (ou reação galvânica) é um processo que gera uma diferença de potencial e uma corrente elétrica. Nesse processo associamos duas reações que apresentam potenciais de oxi-redução diferentes entre sí. Os potenciais de oxi-redução “medem” a capacidade de oxidaçãoou de redução de um sistema. PILHAS Professora Cláudia Bacchi

  15. Para os cátions, os metais alcalinos e alcalino-terrosos, por serem muito eletropositivos, apresentam elevado potencial de oxidação enquanto que os metais de transição apresentam, em relação aos primeiros elevado potencial de redução. Para fins comparativos, arbitra-se potencial zero para a reação H2 - 2 e- 2 H+ E = 0,0 V PILHAS Professora Cláudia Bacchi

  16. Exemplos de Potenciais de redução Li+ + 1 e- Li E = - 3,04 V Na+ + 1 e- Na E = - 2,71 V Zn++ + 2 e- Zn E = - 0,76 V 2H+ + 2 e- H2 E = 0,00 V Cu+2 + 2e- Cu E = + 0,34 V Ag+ + 1 e- Ag E = + 0,80 V Au+3 + 3e- Au E = + 1,50 V PILHAS Professora Cláudia Bacchi

  17. Uma das primeiras pilhas conhecidas é a de DANIELL, que consiste de um eletrodo de cobre e outro de zinco, segundo o esquema: PILHAS ÂNODO CÁTODO - + simulação Solução de ZnSO4 Solução de CuSO4 Zn(s) -2e - Zn 2+ Cu2++2e - Cu(s) Redução Oxidação Professora Cláudia Bacchi

  18. Na pilha de Daniell o Zn tende a se oxidar pois apresenta menor potencial de redução ( - 0,76 V) enquanto cobre apresenta maior potencial de redução ( + 0,34 V). Para a reação global ocorre o seguinte: Zn - 2 e- Zn+2 Cu+2 + 2 e-  Cu PILHAS Professora Cláudia Bacchi

  19. Associado as duas reações resulta: Zn + Cu+2 Zn+2 + Cu * Zn sofre oxidação; * Cu+2 sofre redução. PILHAS Professora Cláudia Bacchi

  20. fluxo de elétrons oxidação redução redutor oxidante Representação da pilha de Daniell Zn / Zn+2 // Cu+2 / Cu (ânodo: -) (cátodo: +) PONTE SALINA PILHAS Epilha = Eoxidante - Eredutor (sempre usar o potencial de redução) Professora Cláudia Bacchi

  21. Observe que o sinal convencional do cátodo e do ânodo, na pilha, é o contrário do que ocorre na eletrólise. Justifica-se: * eletrólise: reação “forçada” * pilha: reação espontânea. Contudo, tanto nas pilhas quanto nas reações de eletrólise - cátodochegam elétrons - ânodo saem elétrons PILHAS Professora Cláudia Bacchi

  22. Potencial na pilha de Daniell Eoxidante(Cu) = + 0,34 Volts Eredutor(Zn)= - 0,76 Volts Epilha = Eoxidante - Eredutor Epilha = + 0,34 - (- 0,76) = 1,10 Volts. * Epilha > 0 : reação espontânea * Epilha < 0 : reação não-espontânea PILHAS Professora Cláudia Bacchi

  23. Pilha de Daniell Professora Cláudia Bacchi

  24. Outras montagens da pilha de Daniell Ponte salina = solução concentrada de KCl em algodão ou material gelatinoso Professora Cláudia Bacchi

  25. Professora Cláudia Bacchi

  26. Professora Cláudia Bacchi

  27. Cu+2 [ ] Zn+2 [ ] Professora Cláudia Bacchi

  28. - + e- e- ZINCO COBRE Perde elétrons Ganha elétrons Cátodo Ânodo Zn+2 Cu+2 Positivo Negativo  E = E ox + E red Redução Oxidação Zn0/Zn+2 Cu+2/Cu0 Potencial menor Potencial maior Professora Cláudia Bacchi

  29. Professora Cláudia Bacchi

  30. Professora Cláudia Bacchi

  31. Representação da ponte salina elétrons Semicela de zinco Semicela de cobre Zn0/Zn+2 // Cu+2/Cu0 Pólo - Oxidação Ânodo Perde elétrons Pólo + Redução Cátodo Ganha elétrons Ponte salina Professora Cláudia Bacchi

  32. Exemplo de uma pilha (I) Sabe-se que o cobalto pode ceder elétrons espontaneamente para os íons Au+3 e considerando a pilha: Co0/ Co+2// Au+3/Au0 Responda as seguintes perguntas: Professora Cláudia Bacchi

  33. Co0/ Co+2// Au+3/Au0 • Qual a reação global do processo? 3 Co0 + 2 Au+3 3Co+2 + 2 Au0 • Quais as semi-reações? 3 Co0 3 Co+2 + 6 e- 2 Au+3 + 6e- 2Au0 • Quem oxida? Co0 • Quem reduz? Au+3 • Quem é o eletrodo positivo ou cátodo? Au0 • Quem é o eletrodo negativo ou ânodo? Co • Em que sentido fluem os elétrons pelo fio? do Co para o Au • Qual eletrodo esta gasto? Co • Qual eletrodo tem sua massa aumentada? Au • Qual das soluções irá diluir-se? Au+3 • Qual das soluções irá concentrar-se? Co+2 • Qual os íons em trânsito nas soluções e em que sentido? Cátions Co+2 caminham em direção a meia célula Au+3/Au0 e o ânion queacompanha o Au+3 caminha em sentido oposto. Professora Cláudia Bacchi

  34. Exemplo de uma pilha (II) Qual a representação desta pilha? Qual a reação global do processo? Quais as semi-reações? Quem oxida? Quem reduz? Quem é o eletrodo positivo ou cátodo? Quem é o eletrodo negativo ou ânodo? Em que sentido fluem os elétrons pelo fio? Qual eletrodo esta gasto? Qual eletrodo tem sua massa aumentada? Qual das soluções irá diluir-se? Qual das soluções irá concentrar-se? Qual os íons em trânsito nas soluções e em que sentido? Professora Cláudia Bacchi

  35. Força eletromotriz (fem) das pilhas É bom não esquecer que a reação química que ocorre em uma pilha é uma reação de oxi-redução. Professora Cláudia Bacchi

  36. A força eletromotriz de uma pilha depende: • Da natureza dos metais formadores da pilha. • Das concentrações das soluções empregadas. • Da temperatura em que a pilha estiver funcionando. Professora Cláudia Bacchi

  37. Professora Cláudia Bacchi

  38. Metais alcalinos Metais alcalinos-terrosos Metais terrosos Metais comuns (Zn,Cr, Fe, Sn, Pb, etc.) Hidrogênio(é o padrão) Metais nobres (Cu, Ag, Hg, Au) Halogênios R E D U Ç Ã O O X I D A Ç Ã O Mais nobre menos reativo = menor tendência de oxidar Professora Cláudia Bacchi

  39. Cálculo da fem das pilhas Cálculo da fem da pilha de Daniell em condições-padrão Zn0 + Cu+2  Zn+2 + Cu0 Zn0 Zn+2 + 2e- Semi-reação de oxidação Semi-reação de redução Cu+2 + 2e- Cu0 oxida Zn0/Zn+2 // Cu+2/Cu0 -1 0 +1 reduz PANO Professora Cláudia Bacchi

  40. Não pode ser igual Zn0 Zn+2 + 2e- E = + 0,76 V Oxidação Cu0  Cu+2 +2e- E = - 0,34 V Oxidação Zn0 Zn+2 + 2e- E = + 0,76 V Oxidação Cu+2 + 2e- Cu0E = + 0,34 V Redução Zn0 + Cu+2  Zn+2 + Cu0 ∆E = + 1,10 V Professora Cláudia Bacchi

  41. Determinação do ∆E 10 Verificar se existe redox. 20 Inverter E negativo ( potencial positivo indica espontaneidade). 30 Caso os dois potencias sejam negativos, o maior E deve ser positivo. ∆E = Eox + Ered Professora Cláudia Bacchi

  42. Exemplo I A voltagem depende da qualidade (tipo) e não da quantidade de material ( metal ). 10 Verificar se existe redox: Ni  Ni +2 + 2 e- E= + 0,25 V ox Au+3 + 3 e- Au E= + 1,50 V red ∆E = + 1,75 V Observe que o número de elétrons perdidos é menor que o número de elétrons ganhos, para igualar o número de elétrons devemos multiplicar uma reação pela carga da outra. ( 3x ) Ni  Ni +2 + 2 e- E= + 0,25 V ox ( 2x ) Au+3 + 3 e- Au E= + 1,50 V red Professora Cláudia Bacchi

  43. Exemplo II 20 Inverter E negativo ( potencial positivo indica espontaneidade) Zn  Zn+2 + 2e- E = + 0,76 V ox Ag  Ag + + 1e- E = - 0,80 V ox Zn  Zn+2 + 2e- E = + 0,76 V ox 2 Ag+ + 2e- 2 Ag E = + 0,80 V red ∆E = + 1,56 V Professora Cláudia Bacchi

  44. Exemplo III 30 Caso os dois potencias sejam negativos, o maior E deve ser positivo. • Zn+2 + 2 e- Zn E = - 0,76 V red • Pb+2 + 2 e- Pb E = - 0,13 V red • Zn  Zn+2 + 2 e- E = + 0,76 V ox • Pb+2 + 2 e- Pb E = - 0,13 V red ∆E = + 0,63 V Professora Cláudia Bacchi

  45. Previsão da espontaneidade de uma reação • ∆E0 > 0 reação é possível (espontânea) Zn0 + Fe+2  Zn+2 + Fe0 ∆E0 = + 0,32 V • ∆E0 < 0 reação não é possível (não é espontânea) 2Cl- + Br2  2Br - + Cl2 ∆E0 = - 0,29 V Professora Cláudia Bacchi

  46. Pilhas no nosso dia a dia Professora Cláudia Bacchi

  47. Professora Cláudia Bacchi

  48. Professora Cláudia Bacchi

  49. Pilha comum (Leclanché) REAÇÕES: 1)Ânodo Zn - 2e- Zn+2 2) Cátodo MnO2 + 2e-  Mn+2 cátodo de carbono (grafite) PILHAS ânodo de zinco pasta úmida de NH4Cl , MnO2 e carbono Professora Cláudia Bacchi

  50. (+) (-) placas alternadas de Pb e PbO2 H2SO4 + H2O PbO2 (cátodo) Pb (ânodo) Bateria ou acumulador (automóvel) PILHAS Professora Cláudia Bacchi

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