Potencial das pilhas elétrons escoam do anodo catodo corrente elétrica Força eletromotriz (f.e.m): É a força com que os elétrons se movem, medida em volts (V) A f.e.m de qualquer pilha depende da: Natureza das reações químicas Concentração das espécies Temperatura Potencial da pilha = f.e.m = f.e.m espontaneidade da reação
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Transcript
Potencial das pilhas
elétrons escoam do anodo catodo
corrente elétrica
Força eletromotriz (f.e.m):
É a força com que os elétrons se movem, medida em volts (V)
A f.e.m de qualquer pilha depende da:
Natureza das reações químicas
Concentração das espécies
Temperatura
Potencial da pilha = f.e.m =
f.e.m espontaneidade da reação
Define-se: potencial padrão de pilha o
Condições:
Concentração = 1 M para todas as espécies
Pressão = 1 atm para todos os gases
Para sólidos a sua forma mais estável a 25º C
T = 25º C para a pilha
Obedecidas as condições o
Como f.e.m depende da concentração das espécies
QUAL A ORIGEM DO POTENCIAL DA PILHA?
Zn2+ + 2e- Zn (m)
Cu2+ + 2e- Cu (m)
Semi-reações de redução
Ganha a competição o que tiver maior tendência a
atrair elétrons (maior potencial de redução)
O perdedor é oxidado!!!!
Potencial da pilha = diferença entre os potenciais de redução
pilha = Cu - Zn
Padrão: oZn/Cu = o
Cu - oZn
Medida do potencial padrão de uma semi-pilha
Experimentalmente só é possível medir o potencial total da pilha.
Semi-pilha padrão:
H2 (g) (P = 1atm) o = 0,000 V
2H+ (aq) + 2e- H2 (g)
A diferença entre os potencias das semi-pilhas!
Exemplos de o
ESPONTANEIDADE DAS REAÇÕES DE OXIREDUÇÃO
Critério de espontaneidade para reações químicas:
G = -max
Trabalho máximo da pilha: elt = I2Rt
Corrente = potencial/resistência = /R
Para um pilha passagem de n mole de e- :
No = número de Avogadro = 6,02 x 1023
eo = carga do elétron
G = - maxG = - el max = - n F
Conclusões
Reação de oxiredução espontânea para positivo
o sentido da passagem do e- numa pilha é o que produz
nas condições padrão
Go = - n ƒ o
pilha = +
Exemplos de cálculo de
Zn2+ + 2e- Zn (s) = - 0,76 V
Cr3+ + 3e- Cr (s) = - 0,74 V
Reação espontânea: G = - portanto = +
pilha = Cr - Zn = -0,74 – (-0,76) = 0,02 V
Reação:Zn (s) Zn2+ + 2e- x3
Cr3+ + 3e- Cr (s) x2
3Zn(s) + 2Cr3+ Cr(s) + 3Zn2+ = + 0,02 V
Verifique se a reação abaixo é espontânea:
Fe2+(aq) + Ni (s) Fe (s) + Ni2+ (aq)
Fe2+ (aq) + 2e- Fe (s) o = -0,44 V
Ni2+ (aq) + 2e- Ni (s) o = -0,25 V
R = -0,44 + 0,25 = - 0,19
= negativo G = +
Portanto a reação é espontânea no sentido contrário!!!
Ni2+(aq) + Fe (s) Ni (s) + Fe2+(aq)
Caso geral:
Eq. De Nernst
Potencial de pilha e concentração
e
Potencial de pilha e equilíbrio
Relação entre G e conhecida
Em um equilíbrio.... = 0
DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO
Go = positivo não é espontânea!!!!
Se está em condições padrão:
Aplicação da equação de Nernst às pilhas
1) Pilha de concentração
a) Diluição Ag(m)Ag+(aq, 10-3 M), Ag+(aq,10-2 M) Ag(m)
= ?
= 0
b) Expansão gasosa
Pt(m)H2(g, P=10 atm) H+(aq, 1 M) H+(aq,1 M) H2 (g, P=1 atm)Pt(m)
= ? H2 (g, P=10atm) H2 (g, P=1atm)
2) Pilha de precipitação
Ag(m)Ag+(aq, Kps M), Cl- (1 M) Ag+(1 M) Ag(m)
= ?
Ag(m) + Cl- (aq) Ag Cl + e- (ANODO)
Ag+ + e- Ag (m) (CATODO)
Ag+ (aq) + Cl- (aq) AgCl (s) (PILHA)
3) Neutralização
Pt(m)H2(g, P=1 atm) OH-(aq, 1 M) H+(aq,1 M) H2 (g, P=1 atm)Pt(m)
Está nas condições padrão
Pt(m)H2(g, P=1 atm) OH-(aq, 2 M) H+(aq,1 M) H2 (g, P=1 atm)Pt(m)
= ?
4) Pilha redox
Pt(s)Cl2(g, P=1 atm) Cl-(aq, 10-2 M) Fe2+(aq,10-3 M)Fe(s)
Anodo Catodo
Cl2 + 2e- 2Cl-
o = -0,440 – 1,360 = -1,800 V
Reação não espontânea pilha escrita ao contrário
Fe(s) Fe2+(aq,10-3 M) Cl-(aq, 10-2 M) Cl2(g, P=1 atm) Pt(s)
o = 1,360 –(-0,440) = 1,800 V
710
2)
210.(
3-10
1
2]][
2[Fe
Q
Cl
o – log Qn
0592,0
= 1,800 – (0,0296 . -7) = 1,800 + 0,207
= 2,007 V
Fe (m) + Cl2(g) Fe2+(aq) + 2 Cl- (aq)
Pilhas e baterias comerciais
Pilhas secas
Baterias de chumbo
Bateria = associação de pilhas
Recarga: inversão de sentido das reações!
Adição de voltagem externa regenera o H2SO4
Dínamo ou alternador com o automóvel em funcionamento
enquanto a bateria não está totalmente descarregada
Bateria totalmente descarregada: carregador de bateria
Como estimar o grau de descarga da bateria?
- Medindo a densidade do eletrólito:
H2O = 1,0 g/cm3
H2SO4 = 1,8 g/cm3
Bateria: 1,0 < < 1,8
Pilhas de longa duração
Usadas em:
Marcapassos
Relógios digitais
Sensores
Calculadoras,
etc
Pilha Zn - Hg
Reação do anodo:
Reação do catodo:
Reação da pilha:
Pilha de Ni - Cd
Eletrólito básico
Reação do anodo:
Reação do catodo:
Reação total:
Outras pilhas
Zn - Ag
Anodo Zn amalgado (Zn + Hg)
= 1,852 V
Catodo AgO
Pilha de lítio
Eletrólito sólido
Reação do anodo:
Reação do catodo:
Reação total:
Pilha de lítio
Eletrólito em solvente orgânico
1 - cromato de prata
2 - separador
3 - separador + eletrólito
4 - anodo de Li
Eletrólito: perclorato de lítio dissolvido em carbonato de propileno