Células Eletroquímicas
Teoria
Nas Célula Eletroquímica, também chamadas de pilha, podemos transformar energia química em energia elétrica por meio de reações de oxirredução. Aqui temos uma reação espontânea, isso significa que o elemento com maior potencial de redução irá reduzir e o com o menor potencial irá oxidar!
Se liga nesse exemplo de pilha:
Cada bécher é uma semi-célula, em uma semi-célula irá ocorrer a reação de redução e em outra a reação de oxidação. Essas reações ocorrem na nos eletrodos que devem estar ligados entre si para permitir a passagem de corrente elétrica!
Chamamos a semi-célula onde ocorre a oxidação de anodo e de cátodo onde ocorre a redução. No nosso exemplo o zinco irá se oxidar, logo ele será o ânodo e o cobre irá se reduzir, então ele será o cátodo! Podemos escrever as seguintes semirreações:
Bora ver um resuminho de tudo que tem na célula eletroquímica, pra ficar mais claro:
- As semi-células são chamadas de ânodo e cátodo;
- No ânodo ocorre a oxidação das espécies e ele é negativo;
- No cátodo ocorre a redução das espécies e ele é positivo;
- A corrente elétrica sai do polo negativo (ânodo) e vai para o polo positivo (cátodo);
- A ponte salina contem uma solução eletrolítica que serve para manter o equilíbrio eletroquímico na célula eletroquímica, nela os ânions migram para o ânodo e os cátions migram para o cátodo.
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-SOCORRO, QUANTA INFORMAÇÃO…PRA QUE SERVE A PONTE SALINA MESMO? E ESSA SOLUÇÃO COM
Fica tranquilo que a gente vai destrinchar cada partezinha da célula eletroquímica pra não ficarem dúvidas! Bora lá?! 👇
Representação Esquemática da Pilha
Existe uma forma prática de representar a pilha que você vai encontrar muito nos exercícios, então é bom conhecer ela bem! Além disso não faz sentido ficar desenhando o equeminha toda hora 🤣🤣🤣🤣
De uma forma geral, temos:
Esses dois tracinhos representam a ponte salina. Para o nosso exemplo, o esquema fica assim:
O que essa representação diz pra a gente é: O zinco sai do seu estado sólido com NOX igual a zero e vira um íon de carga
É só ler assim que não tem erro! Lembrando que a gente tem que ser capaz de entender toda a reação só de olhar para o esqueminha!
Quando as soluções forem
Agora a gente vai destrinchar todos os elementos da célula eletroquímica, entender a fundo como ela funciona e como podemos calcular sua diferença de potencial! Que tal começar assistindo esse vídeo super completo que o Responde Aí preparou pra você! 🧡 👇
Ponte Salina
A ponte salina tem o papel de manter a reação de oxirredução acontecendo na célula eletroquímica!
Vimos que o íon de cobre sai da solução e vira cobre metálico, então com o passar do tempo, a massa do eletrodo de cobre ira aumentar. Com o zinco acontece o movimento contrário, ele se oxida se transformando em íons de zinco na sua forma aquosa, com isso a massa do eletrodo de zinco irá diminuir. Como resultado disso, com o passar do tempo teremos uma solução com excesso de íons de zinco e falta de íons de cobre. Gerando um desequilíbrio na reação, o que faz a reação parar!
Para resolver esse problema colocamos uma ponte salina, que é um tubo de vidro, preenchido com uma solução salina, geralmente cloreto de potássio. A ponte salina permite que o íon positivo da sua solução
Potencial dos Eletrodos
A força motriz da reação é a diferença de potencial entre os eletrodos, é isso que vai fazer a reação acontecer. Para descobrirmos essa diferença de potencial experimentalmente, podemos colocar um voltímetro entre as células.
Mas quando trabalhamos em condições padrão, isso é, com soluções a
Como estamos falando de uma reação espontânea, então o valor da diferença de potencial será sempre positiva.
Ponte Salina
Potencial dos Eletrodos
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria.
Considere uma pilha galvânica em que ocorra a reação global:
Desenhe um esquema dessa pilha, indicando o ânodo e o cátodo, os polos positivos e negativos e a direção do fluxo de elétrons.
Passo 1
O problema da pra a gente a reação química da pilha:
O que a gente vê é o níquel saindo do estado de oxidação e indo para o , enquanto o Ferro esta saindo da sua forma fundamental com NOX zero e indo para !
Se o níquel esta reduzindo ele vai ser o cátodo, o ferro por sua vez é o ânodo da onde os elétrons vão sair e ir em direção ao a semi célula de níquel!
Quando a gente coloca isso em um esqueminha, a gente fica com:
Show?!!
Resposta
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Pronha um diagrama ds pilhas abaixo:
Passo 1
Vamos nessa! O diagrama da pilha tem essa forma geral:
Então, tudo o que precisamos fazer é indicar quem ta se oxidando (ânodo) e quem ta reduzindo (cátodo) em cada reação dada!
Vamos colocar a mão na massa então! Começando pela letra (a):
O zinco esta saindo do NOX zero e indo pro NOX , ele vai ser então nosso ânodo e o cobre que esta saindo de e indo pra , ficamos com:
Passo 2
A próxima reação é:
Aqui temos a prata reduzindo e o hidrogênio oxidando, porém como a gente tem um ânodo gasoso vamos precisar de um eletrodo inerte. Vamos usar o eletrodo de platina aqui e representamos ele a esquerda da equação, assim:
Passo 3
E agora a gente tem essa reação aqui:
O hidrogênio ta oxidando enquanto o oxigênio esta reduzindo! Mas ta meio confusa essa parada ai, não ta?!
Vamos escrever então as semi reações..
Consultando a tabelinha de potêncial padrão a gente acha essas semi reações:
Beleza! Se tem gás em ambos os lados, vamos precisar de dois eletrodos inertes! Além disso as reações compartilham a espécie , a representação fica então:
E é só isso =)
Resposta
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria.
Considere a representação da pilha abaixo:
Explique o significado dessa representação?
Passo 1
A gente tem uma representação de uma reação de oxiredução, que nada mais é do que uma pilha!
Do lado direito a gente tem as duas espécies de zinco presentes na solução e e isso significa que o zinco esta indo do estado de oxidação zero, para o , logo ele esta se oxidando e é o ánodo.
No meio temos dois traços que representa a ponte salina, responsável pelo equilíbrio de cargas.
E por fim o representa a redução do cobre, pois ele esta indo do NOX para o NOX zero!
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria.
Em uma pilha a reação é:
Se potencial padrão da pilha é igual a e o potêncial de redução do cloro é . Deduza o potencial padrão do par . Resp. –1,18 V
Passo 1
O problema nos da uma reação de oxirredução de uma pilha:
E pede o potencial padrão de redução do magnésio!
A gente sabe o potêncial padrão da pilha e de redução do cloro, então a gente vai usar essa fórmula aqui:
Mas quem é o e o ?!
O enunciado fala que essa reação representa uma pilha portanto ela acontece espontaneamente, logo quem ta reduzindo tem necessáriamente um valor de potencial maior..e consequentemente o que se oxida, menor!
Passo 2
Se mangésio esta se oxidando e o cloro se reduzindo, então temos:
Issolando o potencial de redução do magnésio:
Podemos substituir os dados:
E é só calcular:
Tranquilinho, viu?!
Resposta
Exercício Resolvido #5
SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH, Fundamentos de Química Analítica, Tradução da 8ª Edição norte-americana, Editora Thomson, São Paulo-SP, 2006. Capítulo 18 , exercício 18-12.
- (Adaptada) Considere as seguintes reações de oxidação-redução. Escreva suas semi reações de redução e calcule seus potenciais padrão.
Passo 1
O potencial padrão é calculado a partir do potencial de cada semi célula, assim:
Vamos olhar a primeira reação:
Temos a redução do estanho e a oxidação do hidrogénio, consultando a tabelinha de potenciais padrão, temos:
Podemos então calcular :
O potencial da célula é exatamente o potencial de redução da semi reação de estanho, que é exatamente o método que é utilizado para determinar o potencial da meia célula!
Passo 2
Agora a gente faz a mesma coisa para as próximas reações!
A nossa próxima reação é:
Dessa vez o hidrogênio reduz e o estanho oxida, suas semi reações são:
Calculando o :
E agora a última reação:
Suas semi reações são:
Calculamos o potencial da pilha:
Uhuuul!!!
Resposta
(c)