Laboratório de Química – QUI126 2018 113 Eletroquímica _______________________________________________________________________________________________ OBJETIVOS ▶ Aplicar os conceitos envolvidos nas reações de oxidação-redução. ▶ Montar uma pilha de concentração iônica, uma pilha de corrosão e uma de proteção catódica. ▶ Calcular a diferença de potencial de qualquer associação de eletrodos. _______________________________________________________________________________________________ A eletroquímica se faz presente no nosso dia-a-dia. Por exemplo, no relógio de parede, nos celulares, nos computadores e no seu próprio automóvel. A eletroquímica encontra-se disponível em pilhas, baterias, enfim, em todos estes dispositivos que dão vida a tantos utensílios que usamos em casa, no trabalho e nas horas de lazer. Com isso, aumentou a demanda por pilhas e baterias cada vez menores, mais leves e de maior desempenho. Como consequência, existe atualmente no mercado uma grande variedade de pilhas e baterias, o que tem trazido à tona discussões acerca dos potenciais riscos que tais dispositivos trazem à saúde humana e ao meio ambiente, quando descartados de forma inadequada. Veja algumas das áreas na qual a eletroquímica está presente: Na medicina: no marca-passo usado por pacientes com problemas cardíacos. Na Indústria: a eletroquímica constitui um importante processo industrial, a galvanoplastia - processo usado para cromar peças de automóveis (pára-choques, por exemplo) e fabricação de semi-jóias. Em casa: brinquedos infantis, lanternas, controles de TVs, portões eletrônicos, etc. A eletroquímica é a parte da química que estuda os fenômenos químicos e elétricos gerados por reações químicas espontâneas (em pilhas, células, ou baterias) e a transformação química, gerada pela passagem forçada da corrente elétrica numa solução, denominada de eletrólise (em células eletrolíticas, cubas, ou banhos eletrolíticos). Processos eletroquímicos usuais são a galvanoplastia e a corrosão. AULA 10
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Laboratório de Química – QUI126 · Laboratório de Química – QUI126 2018 115 A pilha eletroquímica é um sistema constituído por anodo (eletrodo de oxidação), catodo (eletrodo
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Aos eletrodos que perdem elétrons mais facilmente que o hidrogênio, são atribuídos potenciais de redução
negativos, aos outros são atribuídos potenciais positivos, Figura 4.
Figura 4: Determinação do potencial de redução padrão
No caso de soluções de concentração diferente de 1 mol/L usa-se a equação de Nernst para determinar o novo potencial. Eletroquímica e Termodinâmica
Em termodinâmica, a energia livre de Gibbs (∆G) é uma grandeza que busca medir a totalidade
da energia atrelada a um sistema termodinâmico disponível para execução de trabalho “útil”. Podemos relacionar a
variação de energia livre de Gibbs de uma reação e a diferença de potencial da pilha (∆E) através da seguinte
equação:
∆G (reação) = - nF∆E
onde “n” é o número de elétrons e “F” é a constante de Faraday.
As reações de oxirredução espontâneas geram energia e produzem trabalho útil. No caso das pilhas ou células
galvânicas este trabalho é trabalho elétrico. Em eletroquímica é importante distinguir entre reações de oxirredução
espontâneas, ou seja, aquelas que têm ∆G negativo e, as reações de oxirredução não espontâneas, cujo ∆G é
positivo. Quando ∆G é igual a zero o sistema está em equilíbrio.
As pilhas e baterias comerciais devem apresentar tamanho, formato, massa e desempenho adequados para o equipamento específico. Deve-se estar atento para evitar acidentes, danos ao ambiente ou ao aparelho. As pilhas e as baterias são classificadas em primárias (não podem ser recarregadas) ou secundárias (recarregáveis). Para saber mais leia o artigo da revista Química Nova na Escola, V.11, maio de 2000, disponível no site http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc11/.
Procedimento 1: Identificação de cátions através de reações com metais
a) Colocar sobre a bancada, duas lâminas metálicas, uma de zinco e outra de cobre, devidamente limpas e
secas.
b) Adicionar uma gota das soluções 1, 2 e 3, em cada lâmina (cuidado para uma solução não entrar em contato
com a outra).
c) Aguardar 3 minutos e observar se há alguma evidência de transformação. O aparecimento de uma mancha na
lâmina indica que houve reação.
d) Na tabela abaixo, marcar “+” se ocorreu reação e “-” em caso contrário.
e) Com o auxílio da Tabela 1 de potencial padrão de eletrodo (pág. 117), identificar os cátions presentes nas
soluções 1, 2 e 3, sabendo-se que nestas estão presentes os íons Cu2+, Ag+ e Ca2+, aleatoriamente.
Solução
Metal
Zn Cu
1
2
3
Calcule o valor de ∆E para cada combinação solução/metal, considerando todas as soluções de concentração 1 mol/L. Relacione estes valores com a espontaneidade de cada reação.
Materiais:
01 lâmina de zinco
01 lâmina de cobre
03 pipetas de Pasteur
Reagentes:
Solução 1
Solução 2
Solução 3
As soluções deverão ser identificadas apenas pelos
números 1, 2 ou 3. Estas soluções contêm os íons
cobre (II), prata (I) ou cálcio (II)
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Identifique os cátions presentes nas soluções 1, 2 e 3:
Procedimento 2: Construindo uma pilha de concentração iônica
a) Montar a pilha de concentração iônica, representada abaixo, usando béqueres de 50 mL e aproximadamente 30 mL de cada solução de cobre.