Eletroquímica

Eletroquímica e o fenômeno de transferência de elétrons da energia química para a elétrica ou vice-versa.

Oxirredução é uma reação química em que há a ocorrência de oxidação e redução de átomos de substâncias (espécie química) presentes no processo.

Pilha de Deniell é um experimento onde contém um eletrodo negativo (ânodo) e um positivo (cátodo), o ânodo é uma placa de zinco mergulhada em solução de sulfato de zinco e o cátodo é uma é uma placa de cobre mergulhada em solução de cobre que produzem energia que é transferida pela ponte salina.

Objetivo: O experimento teve por objetivo verificar se as reações ocorridas se tratavam de oxirredução.

 01: Metodologia: Primeira parte: Reação entre nitrato de prata e cobre metálico.

·         Materiais: nitrato de prata 0,1 M; fios de cobre metálico

·         Solução de nitrato de prata (AgNO3) mais cobre metálico

·         Verificar se há condução de eletricidade (voltagem diferente de zero)

·         Verificar o tempo de reação

02: Segunda parte: Reação entre ácido clorídrico e metais.

·         Materiais: ácido clorídrico 1 M; ferro metálico em aparas; placa de zinco metálico

·         Ferro metálico em aparas mais ácido clorídrico

·         Zinco metálico em placa mais ácido clorídrico

·         Verificar se há condução de eletricidade (voltagem diferente de zero)

03: Terceira parte: Pilha de Daniel

A pilha de Daniell era constituída por duas semi células ou semi células eletroquímicas. A primeira era formada por uma placa de zinco mergulhada em uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4) em um béquer, e a outra era formada por uma placa de cobre mergulhada em uma solução de sulfato de cobre II (CuSO4) em outro béquer. Essas duas placas eram interligadas por um fio de cobre condutor. Além disso, as duas soluções estavam conectadas por um tubo que continha uma solução eletrolítica, isto é, uma ponte salina.

Observe o esquema da montagem da pilha de Daniell na foto a seguir:

Esquema de pilha de zinco-cobre também chamada de pilha de Daniell

O funcionamento dessa pilha ocorria da seguinte forma: Como mostra a fila de reatividade dos metais mostrada no texto Reações de simples troca, o zinco é mais reativo que o cobre, por isso, tem maior tendência de oxidar-se, isto é, de perder elétrons. Assim, a placa de zinco constitui o eletrodo negativo, chamado de ânodo, onde ocorre a seguinte reação de oxidação:

Semi-reação no ânodo: Zn(s) ↔ Zn2+(aq) + 2 e-

Os elétrons perdidos pelo zinco são transferidos através do fio de cobre para a placa de cobre e depois para a solução de sulfato de cobre II. Os íons cobrem (Cu2+) presentes na solução recebem esses elétrons e sofrem redução. Isso nos mostra que a placa de cobre constitui o eletrodo positivo, chamado de cátodo, onde ocorre a seguinte reação de redução:

Semi-reação no cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- ↔ Cu(s)

Somando essas duas semi-reações, chegamos à reação global da pilha de Daniell:

Semi-reação no ânodo: Zn(s) ↔ Zn2+(aq) + 2 e-

Semi-reação no cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- ↔ Cu(s)

Reação Global: Zn(s) + Cu2+(aq) ↔ Zn2+(aq) + Cu(s)

Inicialmente a solução de CuSO4 era azul por causa da presença dos cátions Cu2+. Mas com a ocorrência da reação de redução desses cátions, sua concentração diminuiu em solução e, consequentemente, a solução ficou incolor. Além disso, na reação de redução do cátion cobre, é formado cobre metálico Cu(s), que se deposita na placa de cobre. É por isso que depois do funcionamento da pilha de Daniell pode-se observar que a massa da placa de cobre está maior.

Por outro lado, a placa de zinco é corroída, pois o zinco metálico (Zn(s)) é transformado em íons zinco (Zn2+) que são transferidos para a solução de ZnSO4. Esses fenômenos podem ser observados na imagem a seguir:

Pilha de Daniell depois de seu funcionamento

A convenção mundial de representação das pilhas é feita com base na seguinte ordem:

Convenção mundial de representação das pilhas

Assim, a representação da pilha de Daniell é dada por:

04: Resultados e Debate:

Reação entre nitrato de prata e cobre metálico

Em um béquer de 50 mL foram adicionados fios de cobre metálico.

Na sequência foi adicionada a solução de nitrato de prata e disparado o cronômetro. Após aproximadamente 10 minutos, a solução, inicialmente incolor, passou a apresentar coloração azulada, sobre os fios de cobres formou-se camada acinzentada e observou-se ainda a precipitação de prata em cristais brancos sobre a camada cinza dos fios.

 Para verificar se houve condução de corrente elétrica, foi medida a voltagem da solução com auxílio do multímetro. Observou-se tensão não nula, logo há troca de elétrons, tratando-se assim de uma reação de oxirredução.

 Analisando a reação ocorrida, como a prata encontrava-se inicialmente em íons aquoso Ag+ e ao final da reação encontrava-se precipitada, ou seja, prata metálica Ag0, esta recebeu elétrons, portanto reduziu. Desse modo, o cobre doou elétrons, oxidando de Cu0 a Cu2+, sendo estes íons responsáveis pelo aspecto azul da solução. Assim, tem-se:

Semi-reação no cátodo:   Cu0(s) → Cu2+(aq) + 2e-

Semi-reação no ânodo:   2 Ag+(aq) + 2e- → 2 Ag0(s)

Reação Global:   Cu0(s) + 2 Ag+(aq) → Cu2+(aq) + 2 Ag0(s)

Em outro béquer foi repetido o experimento com menor quantidade de cobre e observou-se precipitação.

1.   Reação entre ácido clorídrico e ferro metálico

2.      Pilha de Daniel

      Trata-se de uma reação de óxido-redução em que o zinco sofre oxidação e os íons cobre sofrem redução.

1.       O zinco sofreu oxidação: perdeu elétrons e seu número de oxidação aumentou.

2.      O íon Cu2+ sofreu redução: recebeu elétrons e seu número de oxidação.

    Em uma óxido-redução, a espécie que se oxida — o zinco, no caso — transfere elétrons para a que se reduz — os íons cobrem (II), no caso. E se conseguirmos fazer com que essa transferência ocorra por meio de um fio metálico?
 Seria estabelecida uma corrente elétrica.