* Eletrólise*Pilhas

ELETROQUÍMICA

ELETROQUÍMICAELETROQUÍMICA

1) Eletrólise: reações provocadas pela corrente elétrica.

2) Pilhas: reações que produzem corrente elétrica.

EL

ET

RÓ

LIS

EEletrólise é a reação não espontânea Eletrólise é a reação não espontânea

provocada pela passagem de corrente provocada pela passagem de corrente elétrica, através de uma solução.elétrica, através de uma solução.

ELETRODOS INERTES

pólo negativocátodo

pólo positivoânodo

cátodo ânodo

x + + e- → xY - - e- → Y

EL

ET

RÓ

LIS

E* Para o pólo negativo

(cátodo) migram os cátions da solução, ocorrendo a sua redução:

X+ + e - → Xo

* Para o pólo positivo (ânodo) migram os ânions da solução, ocorrendo a sua oxidação:

Y - - e - → Yo

No circuito externo, o cátodo é o eletrodo onde chegam elétrons e o ânodo, onde saem os elétrons.

EL

ET

RÓ

LIS

ESe a eletrólise ocorre em meio aquoso,

há uma preferência na competição de íons que sofrem descarga:

CÁTIONS

Au+3, Ag+, Cu+2, Ni+2, Fe+2, H+ , Ca+2, K+,

ÂNIONS

Cl -, Br -, I -, OH - , SO4-2, NO3

-,...

A preferência na descarga (perda de carga) ocorre em função do potencial de oxi -redução da espécie iônica envolvida.

EL

ET

RÓ

LIS

EExemplo:

*** Produtos da eletrólise do NaCl (aq)

2NaCl → 2Na+ + 2Cl-

2H2O → 2H+ + 2OH-

Reação catódica (pólo -)

2H+ + 2 e- → H2(g)

Reação anódica (pólo +)

2Cl- - 2 e- → Cl2(g)

Sobra, na solução, NaOH (aq).

EL

ET

RÓ

LIS

EEletrólise aquosa do

NaCl

Produtos primários da eletrólise

EL

ET

RÓ

LIS

EEletrólise ígnea do

NaClFonte de corrente direta Fonte de corrente direta

cátodo cátodoânodo ânodo

e- e- e-e-

EL

ET

RÓ

LIS

ELeis de FaradayAs Leis de Faraday estabelecem a

massa de material que é produzida durante a eletrólise.1a Lei: m α Q (Q = carga = i . t)

2a Lei: m α E (E = equivalente-grama) E = Mol /

noxPortanto, associado as duas leis:

m = K.i.t.EK = 1/F = 1/96.500 C.mol-1 (constante)

96.500 C.mol-1 = 1 Faraday =

carga de 1 mol de elétrons

EL

ET

RÓ

LIS

E Leis de Faraday

Exemplo:Calcular a massa de níquel depositado

numa eletrólise realizada durante 10 minutos, por uma corrente de 9,65 ampéres, usando uma solução aquosa de NiSO4.

t = 10 min = 600 s i = 9,65 A E = 58,7/2 = 29,35g

m = i.t.E / F = 9,65.600.29,35 / 96500

Resposta: m = 1,761 gramas

AP

LIC

AÇ

ÕE

S D

A

EL

ET

RÓ

LIS

E* Banhos eletrolíticos de metais - cromo, níquel, zinco, cobre, ouro, prata,..

AP

LIC

AÇ

ÕE

S D

A

EL

ET

RÓ

LIS

E* Banho eletrolítico de níquel

Reações

* Cátodo:

Ni+2 + 2 e- = Ni

* Ânodo:

Ni - 2 e- = Ni+2

-CÁTODO

+

Gerador

SOLUÇÃO DE NiSO4

Ni

OBJETO A NIQUELAR

ÂNODO

e-e-

Ni+2

ELETRODO DE NÍQUEL

Uma pilha (ou reação galvânica) é um processo que gera uma diferença de potencial e uma corrente elétrica.

Nesse processo associamos duas reações que apresentam potenciais de oxi-redução diferentes entre sí.

Os potenciais de oxi-redução “medem” a capacidade de oxidaçãoou de redução de um sistema.

PIL

HA

S

PIL

HA

SPara os cátions, os metais

alcalinos e alcalino-terrosos, por serem muito eletropositivos, apresentam elevado potencial de oxidação enquanto que os metais de transição apresentam, em relação aos primeiros elevado potencial de redução.

Para fins comparativos, arbitra-se potencial zero para a reação

H2 - 2 e- ↔ 2 H+ E = 0,0 V

PIL

HA

S Exemplos de Potenciais de Exemplos de Potenciais de

reduçãoredução

Li+ + 1 e- Li E = - 3,04 V

Na+ + 1 e- Na E = - 2,71 V

Zn++ + 2 e- Zn E = - 0,76 V

2H+ + 2 e- H2 E = 0,00 V

Cu+2 + 2e- Cu E = + 0,34 V

Ag+ + 1 e- Ag E = + 0,80 V

Au+3 + 3e- Au E = + 1,50 V

PIL

HA

SUma das primeiras pilhas conhecidas é a Uma das primeiras pilhas conhecidas é a

de de DANIELLDANIELL, que consiste de um eletrodo de , que consiste de um eletrodo de cobre e outro de zinco, segundo o esquema:cobre e outro de zinco, segundo o esquema:

Zn(s) - 2e - → Zn 2+

Solução deSolução de

ZnSOZnSO44

Solução deSolução de

CuSOCuSO44

OxidaçãoCu2+

+ 2e - → Cu(s)

Redução

CÁTODOÂNODO

- +

PIL

HA

SNa pilha de Daniell o Zn tende a

se oxidar pois apresenta menor potencial de redução ( - 0,76 V)enquanto cobre apresenta maior potencial de redução ( + 0,34 V).

Para a reação global ocorre o seguinte:

Zn - 2 e- → Zn+2

Cu+2 + 2 e- → Cu

PIL

HA

SAssociado as duas

reações resulta:

Zn + Cu+2 → Zn+2 + Cu* Zn sofre oxidação;

* Cu+2 sofre redução.

PIL

HA

SRepresentação da pilha de

DaniellZn / Zn+2 // Cu+2 / Cu

(ânodo: -) (cátodo: +)

fluxo de elétrons

oxidação redução

redutor oxidante

∆Epilha = Eoxidante - Eredutor

(sempre usar o potencial de redução)

PONTE SALINA

PIL

HA

SObserve que o sinal convencional

do cátodo e do ânodo, na pilha, é o contrário do que ocorre na eletrólise.

Justifica-se:

* eletrólise: reação “forçada”

* pilha: reação espontânea.

Contudo, tanto nas pilhas quanto nas reações de eletrólise

- cátodo chegam elétrons

- ânodo saem elétrons

PIL

HA

SPotencial na pilha de Daniell

Eoxidante(Cu) = + 0,34 Volts

Eredutor(Zn) = - 0,76 Volts

∆Epilha = Eoxidante - Eredutor

∆Epilha = + 0,34 - (- 0,76) = 1,10 Volts.

* ∆Epilha > 0 : reação espontânea

* ∆Epilha < 0 : reação não-espontânea

OU

TR

AS

PIL

HA

S Pilha comum (Leclanché)

REAÇÕES:

1) Ânodo

Zn - 2e- → Zn+2

2) Cátodo

MnO2 + 2e- → Mn+2

cátodo decarbono (grafite)

ânodo de zinco

pasta úmida deNH4Cl , MnO2

e carbono

OU

TR

AS

PIL

HA

SBateria ou acumulador

(automóvel)(+)

(-)

placas alternadas de Pb e PbO2

H2SO4

+H2O Pb

(ânodo)PbO2

(cátodo)