Eletroqumica em EquilbrioClulas Galvnicas
Eletroqumica
Estudo da interao entre partculas carregadas (eletrlitos) em soluo e dos fenmenos que ocorrem nos eletrodos imersos nestas solues Entendimento do trabalho realizado pelas partculas em movimento, juntas ou separadas Energia requerida para realizar este trabalho Abrange: processos de oxi-reduo, baterias, clulas de combustvel, corroso (metais, nometais e cermicas), reaes bioqumicas ...
Lei de Coulomb
A fora de atrao ou repulso depende da distncia entre as partculas carregadas, r2 proporcional a grandeza de cargas carregadas, q1 e q2, e no vcuo F = q1 . q2 C2 J 4TI0.r2 C2.m2 m J.m 4T: referente a fora esfericamente simtrica no sistema tridimensional I0: permissividade no vcuo = 8,854.10-12. .
Algumas Definies
Ir: constante dieltrica (sem unidade), usada no denominador das equaes para meio diferentes do vcuo
Ir F entre as partculas carregadas Ir da gua 78
E: campo eltrico = F/q1 = q2/4TI0.r2 |E|: magnitude do campo eltrico = - J/r J: potencial eltrico = quantidade de energia que a partcula eltrica pode adquirir movendo-se em E. J = q2/4TI0.r J/C = V (volt)
Mais Algumas
welet: trabalho eltrico
dwelet = J.dQ V.C = J
Este trabalho tambm levado em conta na energia interna
e-: eltron com carga = 1,602.10-19 C e-.NA: 1 mol de eltrons = 96.485 C/mol = F +z: carga positiva; -z: carga negativa Qi,el: potencial eletroqumico Equao bsica para o equilbrio eletroqumico: 7i ni. Qi,el = 0 ni: n de mols de ons das i espcies, negativo para reagentes e positivo para produtos
Reao REDOXToda reao que envolve transferncia de carga Reduo ganha eSempre ocorrem juntas Oxidao perde e Cargas iguais se repelem Cargas opostas se atraem Conveno:
Repulso: fora positiva Atrao: fora negativa
Reao REDOXPode ser abordada como a soma de duas reaes individuais (Lei de Hess) Oxidao de A A An+ + ne Reduo de B Bn+ + ne- B Reao completa A + Bn+ An+ + B
Balanceamento da ReaoIdentificar agente redutor e agente oxidante pelo ganho ou perda de eltrons 2. Escrever as semi-reaes 3. Balancear os elementos das semi-reaes com exceo do H e O 4a. Se a soluo for cida: balancear O pelo uso de H2O e depois o H pelo uso de H+1.
Balanceamento da Reao4b. Se a soluo for bsica: balancear O pelo
5. 6.
uso de H2O e depois o H pelo uso de H2O na semi-reao onde falta H e OH- o lado oposto Balancear os eMultiplicar as semi-reaes por fator necessrio para resultar n igual de e- em cada uma, depois som-las e simplificar Exemplo 12.1 (Atkins - PQ)
Energia e TrabalhoConsiderando processo isotrmico e isobrico E: Fora eletromotriz fora, diferena entre os potenciais eltricos E Jred Jox V funo de concentrao dos reagentes, solvente, temperatura e, em contribuio muitssimo menor, da presso
Energia e Trabalho
Equao bsica para relacionar variao de potencial eltrico com variao de energia: (Greao= -nFE
n: n de mol de eltrons transferidos na reao Redox balanceada
Clula Eletroqumica(G representa a quantidade mxima de welet que o sistema pode realizar sobre a vizinhana O processo deve ser reversvel Para extrair welet til de uma reao Redox as semi-reaes devem ocorrer em recipientes individuais ligados por uma ponte salina para manter a carga total balanceada
Clula EletroqumicaA ponte salina permite a migrao inica preservando a neutralidade eltrica nos recipientes Um meio condutor conecta dois eletrodos metlicos onde um dispositivo eltrico pode extrair welet til da corrente de eltrons que transferida de um recipiente para o outro welet til extrado no chega a 100%
Pilha de Daniell
Clula EletroqumicaCorrente: fluxo de eltrons atravs de um circuito nodo: meia-clula onde ocorre a oxidao, o eletrodo sofre corroso Ctodo: meia-clula onde ocorre a reduo, o eletrodo sofre deposio
Tipos de ClulaSe a reao for espontnea o conjunto chamado de clula voltaica ou clula galvnica Se a reao no for espontnea e eltrons so introduzidos o conjunto chamado de clula eletroltica Ex.: galvanoplastia
Tipos de Eletrodo e Notao para Clulasnodo esquerda e ctodo direita e os metais localizam-se nas extremidades Metal on metlico:
Pilha de Daniell com barreira porosa:
Zn(s)| Zn(aq) | Cu+2(aq)| Cu(s)
Pilha de Daniell com ponte salina:
Zn(s)| Zn(aq) || Cu+2(aq)| Cu(s) Gs on: Eletrodo de Hidrognio Ctodo: H+(aq)| H2(g)| Pt(s)
nodo: Pt(s)| H2(g)| H+(aq)
Tipos de Eletrodo e Notao para ClulasMetal sal insolvel nion: Eletrodo Prata Cloreto de Prata Cl-(aq)| AgCl(s)| Ag(s) Oxi-reduo inerte: ons frricos e ons ferrosos na mesma fase Fe+3(aq), Fe+2(aq)| Pt(s) Membrana ou on seletivo: Eletrodo de Calomelano Cl-(aq)| Hg2Cl2(s)| Hg(l)
Eletrodo de RefernciaE o potencial padro da clula medido pela diferena de potencial dos eletrodos: E = E(ctodo) - E(nodo) Eletrodo de Hidrognio Conveno E(H+, H2) = 0,0 V em qualquer T Os demais potencias dos eletrodos so medidos numa clula com um eletrodo de hidrognio
Exemplo
Eletrodo andico de hidrognio como e eletrodo catdico Fe(II)-Fe(III) com ponte salinaPt(s)| H2(g)| H+(aq) || Fe+3(aq), Fe+2(aq)| Pt(s)
E = E(Fe+3, Fe+2) - E(H+, H2 ) E = 0,77 - 0 O potencial padro do eletrodo Fe(II)-Fe(III) de 0,77 V
