AULÃO DE ELETROQUÍMICA ! - 2° ANO - 1ª PARTE

I. Conceitos Básicos

1. Reações de Oxirredução: São reações de troca de elétrons entre duas espécies químicas. O doador, chamado REDUTOR, sofre oxidação. O aceptor, chamado OXIDANTE, sofre redução.

 

2. Reação Química de Oxirredução: A troca de elétrons ocorre no contato direto entre o redutor e o oxidante.

Ex.: Quando átomos de Zn⁰ encontram cátions Cu⁺², eles doam 2 elétrons aos cátions. O Zn se transforma em Zn⁺² enquanto Cu⁺² se transforma em Cu⁰.

3. Reação Eletroquímica de Oxirredução: A troca de elétrons não ocorre no contato direto entre o redutor e o oxidante.

Ex.: Átomos de Zn⁰se oxidam em um local e os elétrons percorrem um circuito externo indo até o outro local onde os cátions Cu⁺² sofrem redução.

-  Uma dada reação de oxirredução pode ser realizada sob a forma química ou sob a forma eletroquímica.

-  Sempre que ocorre oxidação também ocorre a redução. Os dois fenômenos são simultâneos.

- Sugestão: Usar exemplo Zn⁰ + Cu⁺² Zn⁺²+ Cu⁰ para conhecer: oxidante, redutor, quem sofre oxidação e redução e quem perde e ganha elétrons.

4. Par Conjugado de Oxirredução: Quando uma espécie química A perde elétrons, transforma-se na espécie química B. Dizemos que B/A formam um par conjugado de oxirredução.

Se a espécie C ganha elétrons transforma-se na espécie D. dizemos que C/D formam outro par conjugado de oxirredução.

5. Número de Oxidação do Elemento numa Espécie Química NOX): 

Número de elétrons que o átomo ganharia, ou perderia, se suas ligações com os demais átomos nessa espécie fossem quebradas.

6. Regras para Obter N.Ox. dos Elementos.

I - O flúor tem NOX = -1 em todos os seus compostos.

II -  Numa substância simples qualquer elemento tem NOX = ZERO.

III -  Os metais alcalinos têm NOX = +1.

IV -  Os metais alcalinos-terrosos têm NOX = +2.

V -  Na maioria dos compostos, o hidrogênio tem NOX = +1. 

Exceto: Nos hidretos metálicos, o NOX é -1.

VI -  Na maioria dos compostos, o oxigênio tem NOX = -2. 

VII - Nos peróxidos vale -1. Nos superóxidos vale -1/2. No OF₂  e O₂F₂ valem, respectivamente +2 e +1.

VIII -  A soma dos NOX totais dos elementos num composto é zero.

IX -  A soma dos NOX totais dos elementos num íon composto é igual à carga (positiva ou negativa) do íon.

X -  Num íon simples, o NOX do elemento é a carga do íon dividida pelo número de átomos.

XI -  Quando um grupo de átomos passa inalterado do 1^o para o 2^o membro numa equação, os NOX não se alteram.

7. Como Identificar uma Reação de Oxirredução ?.

- Aplicar as regras e achar o NOX de cada elemento nos dois membros da equação.

- Se houver variação de NOX para algum elemento a reação é de oxirredução. Não ocorrendo variação de NOX não é de oxirredução.

8. Como saber quem sofreu oxidação ou redução, ou ainda quem é o redutor e o oxidante ?

- Verifique qual elemento teve seu NOX diminuído ao passar do 1^o para o 2^o membro: ele sofreu redução. A espécie química onde ele se encontre (1^o membro) é o oxidante. Use o raciocínio inverso para quem teve o NOX aumentado.

II. As Pilhas Eletroquímicas

9. Uma Pilha Eletroquímica 

É um sistema que utiliza uma reação espontânea (∆G<0 de="" eletricidade.="" o="" oxirredu="" para="" produzir="" span="">

·  Na pilha, a oxidação deve ocorrer num local enquanto que a redução deve ocorrer em outro local.

·  A pilha utiliza dois sistemas de oxirredução onde cada um apresenta um Potencial elétrico (chamado Potencial de eletrodo) diferente.

·  Cada sistema de oxirredução (cada par conjugado) é representado por:

No primeiro membro escreve-se o oxidante do par (NOX mais alto) e os elétrons correspondentes. No segundo membro escreve-se o redutor do par (NOX mais baixo).

10. Principais Pares Conjugados Ox/Red.

-  Os potenciais E⁰ (volts) são Potenciais normais de eletrodos, de redução, de acordo com o sentido .

- Os potenciais foram medidos em relação à referência chamada Eletrodo Normal de Hidrogênio (ENH) cujo E⁰, por convenção é 0,00 volts.

- Quanto maior o E⁰ de um par mais FORTE é oxidante e mais FRACO o seu redutor conjugado. De outra forma, a redução () é fácil enquanto a oxidação  ( ) é difícil. O inverso é valido quando  E⁰ é baixo.
  

- Quando se inverte a escrita do par para

Toca-se o sinal de E⁰ (agora ele é Potencial de oxidação).

-Quando se multiplica a equação eletroquímica do par conjugado por x

 ( ), E⁰ não se altera.

11. A Pilha de Daniell.

- Utiliza os sistemas do zinco (Zn⁺² + 2e^-  -----  Zn⁰) e do cobre (Cu⁺² + 2e^- ---- Cu⁰).

- O par Zn⁺² / Zn⁰ tem =-0,76 V. O par Cu⁺² / Cu⁰ tem E⁰=+0,34V.

- A ponte salina (solução saturada de KNO₃)

- Quando o fio de zinco é ligado ao fio de cobre (circuito externo), ocorre:

* Saída de elétrons do fio de Zn⁰  (E⁰ mais baixo); o Zn⁰  se oxida; ele é o ÂNODO da pilha. O fio de zinco sofre corrosão; A concentração  de íons na solução Zn⁺²  aumenta e a massa do eletrodo diminui.

* Chegada de elétrons ao fio de Cu⁰ (E⁰  mais alto); o Cu⁺² sofre redução; o Cu⁰, o CÁTODO, aumenta de peso; a concentração de íons na solução Cu⁺² diminui.

* Força eletromotriz (FEM)=(E⁰_C - E⁰_A), (E⁰ _ALTO - E⁰ _BAIXO).

* FEM=0,34-(-0,76)=1,10 volts.

O pólo (-) é o Zn, que constitui o corpo interno da pilha. O pólo (+) é o MnO2,
,que está na pasta interna da pilha. Essa pasta tem caráter ácido, devido à
presença do NH4Cl. Note que a barra de
grafite funciona como polo (+) apenas na condução de corrente elétrica.
As reações são complexas e não são totalmente conhecidas. Simplificadamente
podemos dizer que ocorre :

Exercícios de Aprendizagem

01.Sobre a pilha de Daniell, responder:

·  quais os sistemas envolvidos? ____/____ e ____/____

·  qual o metal que funciona como ânodo? __________

·  qual o metal que funciona como cátodo? __________

·  qual a equação que mostra a oxidação?

________________________________

·  a oxidação acontece no ânodo ou no cátodo? _________

·  qual a equação que mostra a redução?

________________________________

·  a redução acontece no ânodo ou no cátodo? _________

·  qual a equação que mostra a reação global da pilha?

________________________________

·  a reação da pilha é espontânea? __________

·  a FEM da pilha é dada por _______________

02.Considere os sistemas de oxirredução abaixo

Mg⁺² +  2e^-  -------   Mg⁰     E⁰ = -2,37 volts

Ag⁰   +  e^-   -------   Ag⁺      E⁰ = 0,80 volts

Pede-se:

- fazer o esquema de uma pilha que funciona com os dois sistemas.

- os elétrons saem de que metal? __________

- qual é o metal que sofre oxidação? __________

- quem é o ânodo da pilha? __________

- a concentração de Mg⁺² aumenta ou diminui? ________

- qual o cátion que sofre redução? __________

- a concentração de Ag⁺ aumenta ou diminui? _________

- qual a equação que mostra a reação global da pilha?

________________________________

- qual a força eletromotriz da pilha? __________

03. Considerando os metais Zn, Ag, Cu e Mg, qual deles sofre corrosão (se oxida, perde elétrons) com mais facilidade? (consultar os potenciais  de redução).

Resp. ____________________

Pelo Prof. Eudo Robson