1
COLÉGIO NEOLATINO
EDUCAÇÃO INFANTIL ENSINO FUNDAMENTAL E MÉDIO
2º ano do Ensino Médio
Sequência didática sobre eletroquímica
A eletroquímica permite-nos compreender como as reações químicas podem ser usadas
para gerar eletricidade e como a eletricidade pode ser obtida através de reações químicas.
Também pode ser usada para estabelecer uma escala de capacidade oxidante e redutora. A
obtenção de energia no futuro passa por encontrar maneiras efetivas de gerar eletricidade por
meio de reações químicas. Fontes de eletricidade portáteis, eficientes, para computadores de
bolso, automóveis elétricos ou habitações espaciais são imprescindíveis para o futuro. Hoje uma
das contribuições mais familiares da eletroquímica para o nosso dia a dia é a “bateria” usada no
toca-fitas portátil, no CD player ou no computador portátil (laptop).
Prof. Marco Antonio
2011
2
Ficha 01 – Número de oxidação
Resumo teórico
Número de Oxidação (NOX): É um número que indica a quantidade de ___________
que foram ganhos (indicado por um expoente _____________) ou ______________
(indicado por um expoente ____________) por uma espécie química.
A tabela abaixo indica o NOX mais comum de algumas espécies químicas:
NOX
Espécies químicas
Li, K, Na, Ag, H
F, Cl, Br, I (à direita) e O (H2O2)
Be, Mg, Ca, Zn, Ba
S (à direita) e O
Al
Os demais Nox podem ser determinados considerando-se que a soma do NOX das espécies que compõem
uma molécula é sempre ZERO e das espécies que compõem o íon é sempre o NOX
do íon.
Exercícios de fixação
1-) Determine o NOX do cloro em cada item:
a-) Cl2
b-) NaClO
c-) NaClO4
d-) PbCl4
3+
1-
e-) ClO3
1-
f-) HClO4
2-
2-) Considere as espécies: Al e O , o que indica o expoente acima de cada símbolo?
4) Os números de oxidação do fósforo, carbono e enxofre, respectivamente, nos compostos, Na 4P2O7, CaC2
e Na2S, são:
a) 5+, 1– e 2–.
b) 7+, 4– e 3–.
c) 3+, 2+ e 3+. d) 5+, 2– e 1–.
5) No mineral perovsquita, de fórmula mínima CaTiO3, o número de oxidação do titânio é:
a) + 4. b) + 2. c) + 1. d) – 1. e) – 2.
6) Nas substâncias: Cl2, KCl, NaClO4, AlCl3 .Os números de oxidação do cloro são respectivamente:
a) 0, 1–,7+, 3–.
b) 0, 1–,7+, 1–.
c) 0, 1+, 7–,3+.
d) 1–, 0, 7–, 1+.
7) O nox do oxigênio em cada um dos compostos Ca(ClO4)2 e H2O2 é, respectivamente:
a-) 2- e 2b-) 1- e 1c-) 1- e 2d-) 2- e 1-
8) Os números de oxidação do enxofre nas espécies SO2 e SO42 – são, respectivamente:
a) zero e + 4. b-) + 1 e – 4. c-) + 2 e + 8. d-) + 4 e + 6. e-) – 4 e – 8.
9-) Determine o número de oxidação de todos os elementos presentes nas espécies:
a-) PO43-
b-) Cr2O72-
c-) NH41+
d-) Al(MnO4)2
e-) Al2(Cr2O7)3
10-) Descobertas recentes da medicina indicam a eficiência do óxido nítrico, NO, no tratamento de
determinado tipo de pneumonia. Sendo facilmente oxidado a NO2, quando preparado em
laboratório, o ácido nítrico deve ser recolhido em meio que não contenha oxigênio. Os Nox do
nitrogênio no NO e NO2 são, respectivamente:
a-) + 3 e + 6. b-) + 2 e + 4.
c-) + 2 e + 2.
d-) zero e + 4.
e-) zero e + 2.
3
Ficha 02 – Reações de Oxido-redução
Resumo teórico
Reações de oxirredução são reação química onde ocorre __________________________ entre
duas espécies químicas o que pode ser determinado pela variação no ______________.
Numa reação de oxiredução sempre há perda e ganho de elétrons, pois os que são perdidos por
um átomo, íon ou molécula são imediatamente recebidos por outros. A perda de elétrons é
chamada de ________________ e o ganho de elétrons é chamado de ________________. Na
oxidação, o número de oxidação (Nox) do elemento __________(pois ele perde elétrons). Na
redução, o número de oxidação (Nox) _______________(pois o elemento ganha elétrons).
Agente ____________ é o responsável por causar a oxidação de um dos compostos da reação,
esse agente oxidente possui o elemento que vai ganhar elétrons, ou seja sofrerá __________.
Agente ____________ é a subtância que age causando a redução de um dos compostos da
reação, o agente redutor será a fonte dos elétrons perdidos, liberados na reação ou seja sofrerá
______________.
Exercícios de Fixação
1-) Em cada caso indique o que se pede:
a-) Na(s) + KNO3(s) = Na2O(s) + K2O(s) + N2(g) oxidação _____________
agente oxidante ________
b-) H2O2 + MnO4 - + H+ = Mn 2+ + O2 + H2O
perde elétrons ___________redução ____________
c-) 2 NaBr + 1 MnO2 + 3 H2SO4 = 1 MnSO4 + 1 Br2 + 2 H2O + 2 NaHSO4
ganha elétrons_________
perde elétrons _________ agente oxidante __________
agente redutor _________ oxidação ______________ redução__________________
d-) FeCl2
+
H2O2
+
HCl
=
FeCl3
+
H2O redução _______agente redutor_____
e-) 4 NaOH + 2 Cl2 = 2 NaClO + 2 NaCl + 2 H2O ganha elétrons_____agente redutor ____
4
Ficha 03 – Pilhas
Resumo Teórico
A pilha úmida de Pilha de Daniel
A célula de Daniel (ou pilha de Daniell) é um exemplo
antigo de célula galvânica. Ela foi inventada pelo
químico britânico John Daniell em 1836, quando o
crescimento da telegrafia criou uma necessidade
urgente por uma fonte de corrente elétrica confiável e
estável. Embora os elétrons não tivessem ainda sido
descobertos. Daniell teve a percepção de que poderia
arranjar a reação para realizar trabalho, fazendo a
separação das semi-reações de oxidação e de redução
em sua célula. A reação química é a mesma, mas os
reagentes estão separados por uma vasilha porosa.
Para que os elétrons passem dos átomos de zinco para
os íons Cu 2+, eles devem passar através de um
circuito externo (o fio e a lâmpada); e à medida que eles
vão de um eletrodo ao outro, podem ser usados para
realizar trabalho acendendo a lâmpada.
No eletrodo de cobre:
Íons Cu2+ da solução migram até a placa
de cobre e recebem os elétrons cedidos
pelo Zn(s). Ao receberem os elétrons, se
transformam em Cu(s), de acordo com a
equação:
No eletrodo de zinco:
Ao ceder elétrons através do condutor metálico para o íon Cu2+, devido à ddp entre os dois
eletrodos, Zn(s) da placa vai para a solução na forma de Zn2+, causando assim a corrosão da placa
e conseqüente aumento da concentração de Zn2+ na solução, de acordo com
a equação:
Assim, devido à ddp criada entre os dois eletrodos, observamos que existe um
movimento ordenado de cargas no fio condutor, ou seja, uma corrente elétrica.
Tal fato fica evidenciado pela lâmpada que acende quando a pilha é acionada.
5
Portanto, pilhas são sistemas que possuem capacidade de produzir energia elétrica
a partir de uma reação química. Estes sistemas podem ser chamados também de
células galvânicas. Uma célula galvânica, ou simplesmente pilha, transforma a
energia de uma reação química em energia elétrica.
II. Reação Global da Pilha
III. Nomenclatura dos Eletrodos
1.4. Esquema e Representação
6
Exercícios de Fixação
1-) Considere as espécies:
Pb/Pb
4+
0
+
0
E = + 0,15V e Fe² /Fe E = -1,67V
Considerando as informações, indique:
a-) A representação da pilha
b-) O esquema da pilha
c-) As reações que ocorrem na pilha
d-) o anodo
e-) o catodo
f-) placa desgastada
g-) placa aumentada
h-) solução concentrada
i-) solução diluída
j-) ddp
l-) sentido dos elétrons
m-) quem sofre oxidação
n-) quem sofre a redução
o-) quem é o agente oxidante
p-) que é o agente redutor
q-) quem doa elétrons
r-) quem recebe elétrons
s-) quem tem nox aumentado
t-) quem tem nox diminuído.
3-) Considere o esquema da pilha ao lado e indique:
a-) reações
b-) representação
c-) solução concentrada
d-) sentido dos elétrons
0
2+
2-) Considere a seguinte pilha: Cu | Cu
indique:
+
0
|| Ag | Ag ,
a-) reações
b-) anodo
c-) representação
d-) esquema
4-) Considere a representação ao lado de uma pilha seca.
Indique:
a-) a placa que desgasta
b-) quem sofre redução?
d-) qual o sentido dos elétrons?
7
Ficha 04 – História da Pilha (leitura)
Pilha é uma mini-usina portátil que
transforma energia química em energia
elétrica. Atua como uma bomba de elétrons,
removendo-os de um pólo positivo (ânodo) e
empurrando-os para um pólo negativo
(cátodo).
A
reação
química,
que
consome/libera elétrons no interior da célula, é
denominada reação de oxi-redução. Enquanto
está ocorrendo a reação, há um fluxo
constante de íons através de uma substância
líquida ou pastosa (eletrólito), com obtenção de
energia elétrica. Bateria é um conjunto de
pilhas
interligadas
convenientemente,
dispostas em série ou em paralelo, para produzir a voltagem desejada.
Segue abaixo um resumo dos fatos históricos mais significativos para a invenção da pilha:
I - O experimento de Galvani
Em torno do ano de 1790 (época da revolução francesa), Galvani, um italiano
professor de anatomia, realizou a seguinte experiência:
1.cortou ao meio uma rã, ficando com a metade do tronco e as pernas.
2. Construiu um arco metálico formado por dois metais, zinco e cobre, com
uma extremidade tocava os nervos lombares, e com a outra, um músculo da
perna ou da coxa.
3. A cada contacto, os músculos se contraiam, como se a rã estivesse viva.
Galvani atribuiu o fenômeno a uma eletricidade que supôs existir na rã.
Lançando a ideia de que todo corpo animal possui eletricidade.
Figura 1-Luigi Galvani
Figura 2-experimento de Glavani
Figura 3- Alessandro
Volta
Muitos pesquisadores da época apoiaram a interpretação de Galvani,
entre eles o próprio Alessandro Volta, que passou a repetir sistematicamente
as experiências do anatomista. Posteriormente, Volta observou que, quando
usava um arco de um único metal, em vez de usar dois metais, as contrações
musculares eram muito mais intensas. Começou então a atribuir mais
importância aos metais do que a rã. Abandonou as ideias de Galvani, e fez as
seguintes hipóteses:
8
1a) que a origem da eletricidade não era o corpo do animal, mas o contato dos
dois metais diferentes com esse corpo.
2a) que o corpo da rã atuava como condutor, e ao mesmo tempo como um
eletroscópio muito sensível.
Depois Volta passou a pesquisar somente com metais e soluções, e em
1.800, chegou a invenção da pilha. As pilhas de Volta imediatamente se Figura 4 - a pilha de
proliferaram por todos os laboratórios do mundo científico da época, porque Volta
abriam novos campos para a investigação. Apesar disso, Volta não poderia
suspeitar da repercussão de sua descoberta e dos benefícios que ela traria à humanidade.
Mesmo com a fama das pilhas de Volta, foram criadas pilhas mais eficientes.
John Frederic Daniell inventou a pilha úmida em 1836, na mesma época das pilhas
de Georges Leclanché e a bateria recarregável de Raymond-Louis-Gaston Planté.
A primeira pilha a apresentar algum resultado prático foi construída por Georges
Leclanché (França, 1865).
Figura 6 - pilha seca de Leclanché
No Brasil, a produção de pilhas Leclanché
teve início em 1951, com a implantação de uma Figura 5 - George
fábrica da Eveready e uma da Microlite (Ray-o- Leclanché
Vac). Então, o mercado nacional restringia-se a
poucos milhares de unidades anuais, basicamente para
lanternas elétricas portáteis. Antes do surgimento do transistor,
os rádios demandavam baterias de pilha cujo alto custo limitava
seu uso às regiões desprovidas de energia elétrica. Em 1999,
quando surgiu a primeira legislação sobre o tema no Brasil,
foram produzidas mais de 800 milhões de pilhas.
Tipos de Pilhas
Há vários tipos de pilhas que se diferenciam não só no tamanho como também nas utilidades e
matéria-prima. Vamos a uma pequena lista.
Comuns – feitas de zinco e manganês. Têm várias utilidades como em brinquedos, rádio-relógios,
walkmans, máquinas fotográficas, controles-remotos etc.
Alcalinas – feitas de hidróxido de potássio e manganês. Têm várias utilidades como em
brinquedos, rádio-relógios, walkmans, máquinas fotográficas, controles-remotos etc.
De níquel-metal-hidreto - usadas em celulares, telefones sem fio, filmadoras e notebooks.
De zinco - usadas em celulares, telefones sem fio, filmadoras e notebooks.
De lítio - usadas em celulares, telefones sem fio, filmadoras e notebooks
De íon-lítio - usadas em celulares, telefones sem fio, filmadoras, ipods e notebooks
De chumbo – as baterias de carro, além de serem usadas em indústrias e em filmadoras.
De níquel-cádmio – usadas em telefones sem fio, celulares, barbeadores etc.
De óxido de mercúrio – usadas em instrumentos de navegação e aparelhos de instrumentação e
controle.
9
Ficha 05 – Pilha e Poluição
Os equipamentos eletrônicos portáteis são uma mão na roda.
Podemos levá-los para qualquer canto e construir nosso mundinho de
entretenimento e diversão individual. Normalmente são movidos a pilha.
Mas, depois de um longo período de uso e incansáveis horas de recarga
é inevitável o fim dos sistemas que alimentam com energia nossos tão
preciosos equipamentos. É nesse momento que surge a famosa dúvida:
Como devo descartar as pilhas e as baterias usadas?
Vamos por partes e começamos com o que não deve ser feito. Nunca jogue fora as
pilhas e as baterias velhas junto com o lixo comum gerado em casa. Na composição dessas pilhas
são encontrados metais pesados como: cádmio, chumbo, mercúrio, que são extremamente
perigosos à saúde humana e quando descartados de forma inadequada podem contaminar os
solos e a água. Todos afetam o sistema nervoso central, o fígado, os rins e os pulmões, pois eles
são bioacumulativos. O cádmio é cancerígeno, o chumbo pode provocar anemia, debilidade e
paralisia parcial, e o mercúrio pode também ocasionar mutações genéticas. Caso em seu
município exista uma coleta doméstica específica para retirada de lixo contaminante, o ideal é
separar o lixo tóxico do restante. Você vai facilitar a coleta e posterior armazenagem desse lixo em
aterros especiais. Porém, se na sua cidade não está disponível esse sistema, o melhor é fazer a
separação dos resíduos e procurar os postos de coleta, os chamados “papa-pilhas”.
Exercício de Fixação
As pilhas de níquel-cádmio, o "botão" de mercúrio e as pequenas baterias de
chumbo, chamadas de SLA, são muito usadas na atualidade. O manual de
aparelhos com essas baterias (laptops, celulares, pagers) orienta o usuário
para descartar tais dispositivos como resíduo doméstico perigoso. Essa
preocupação justifica-se:
a-) pela toxidez de solventes orgânicos existentes nas baterias.
b-) em função da alta alcalinidade da pasta eletrolítica das baterias.
c-) pelo risco de reação química explosiva entre o lixo e essas baterias.
d-) como conseqüência da radiação emitida por tais baterias.
e-) por serem o Cd, Hg e Pb metais muito tóxicos.
10
Ficha 06 – Exercício Integrador da sequência
No laboratório de Química do Colégio Neolatino, um grupo
de alunos do Ensino Médio, resolveu montar uma pilha úmida. Os
materiais que utilizaram foram: 1 placa de cobre, uma placa de
alumínio, solução de sulfato de cobre, solução de sulfato de
alumínio, dois copos, fio. A montagem pode ser observada na foto
ao lado onde nota-se claramente o aumento da placa de cobre.
a-) Considerando essa pilha úmida formada indique, reações,
representação, esquema e sentido dos elétrons.
b-) Qual metal sofreu oxidação? Justifique sua resposta.
c-) Complete a tabela abaixo indicando a contribuição de cada um dos cientistas para a evolução
tecnológica da pilha:
Galvani
Volta
Daniell
Leclanché
d-) Há vários tipos de pilhas que se diferenciam não só no tamanho como também nas utilidades e
matéria-prima. Cite três tipos de pilhas diferenciando-as quanto a matéria prima e a utilização.
e-) Por que não devemos descartar pilhas usadas no lixo comum?
f-) a gravura ao lado faz referência a que experimento?
g-) Como o cientista que realizou este experimento explicou o ocorrido?
h-) Quais foram as hipóteses de Alessandro Volta para o ocorrido no
experimento?
i-) As pilhas são pequenas usinas de conversão de energia química em
energia elétrica. As reações que nelas ocorrem são denominadas de
reações de óxido-redução. Um outro exemplo de reação de óxido redução ocorre quando
reagimos permanganato de potássio com peróxido de hidrogênio:
KMnO4 + H2O2 + H2SO4 => K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2
Considerando essa reação oxi-red indique:
Quem é o Agente oxidante ___________________ quem sofre redução _________________
Quem é o Agente redutor ____________________ quem perde elétrons _________________
Quem sofre oxidação _______________________ quem ganha elétrons_________________
11
Ficha 07 – Mapa Conceitual sobre eletroquímica