ELETROQUÍMICA
Renan Delgado Camurça Lima – 15885
Felipe de Souza Zucchini
– 15850
Prof. Élcio Barrak
UNIFEI
Universidade Federal de Itajubá – Eng. Mecânica
Tópicos da eletroquímica
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Reações de oxirredução
Balanceamento de equações de oxirredução
Células voltaicas
Fem de pilhas
Espontaneidade de reações redox
Efeito da concentração na fem da pilha
Baterias ou pilhas
Corrosão
Eletrólise
Introdução
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A eletroquímica é o estudo das relações entre a
eletricidade e as reações químicas.
A fabricação de baterias, a corrosão de metais e a
galvanização elétrica são exemplos de processos
que envolvem a eletroquímica.
Reações de oxirredução
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A variação do estado de oxidação em reações
químicas é a reação de oxirredução(redox).
Tanto a oxidação quanto a redução devem ocorrer.
Agente oxidante: sofre a redução.
Agente redutor: sobre a oxidação.
Balanceamento de equações de
oxirredução
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Conserva-se a massa dos elementos dos dois lados
da equação.
Conserva-se o número de elétrons dos dois lados
da equação.
Pode separar a equação em semi-reações:
Balanceamento de equações de
oxirredução
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Reações em meio ácido pode adicionar na equação
H+ e H2O.
Reações em meio básico pode adicionar na equação
OH- e H2O.
Células voltaicas
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Dispositivo no qual a transferência de elétrons
ocorre pelo caminho externo em vez de
diretamente entre os reagentes.
Células voltaicas
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O que acontece em visão molecular?
Fem de pilhas
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Fem (força eletromotriz) é a força que provoca o
movimento do elétron.
Ocorre devida à diferença de potencial (ddp),
dada em V (volt), entre dois eletrodos em uma
célula voltaica, que fornece uma força diretora na
qual empurra elétrons por um circuito externo.
Fem de pilhas
A fem ou potencial da célula é dado por Ecel.
 Em condições-padrão (C = 1 mol/L, P =1 atm)
 fem-padrão da célula é dado
por
:
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= Potenciais padrão de
redução nas semicélulas.
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Fem de pilhas
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O potencial padrão de redução de uma semireação não pode ser medido diretamente.
Para resolver esse problema, utiliza-se o eletrodopadrão de hidrogênio (EPH), equacionado pela
semi-reação:
Espontaneidade de reações redox
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Ecel > 0 : processo espontâneo.
Ecel < 0: processo não-espontâneo.
Fem e variação de energia livre é equacionada
em:
n = número de elétrons transferidos (n>0 e
adimensional).
F = constante de Faraday
Efeito da concentração na fem da
pilha
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A fem das pilhas depende das concentrações dos
reagentes e produtos da reação da pilha.
Equação de Nernst:
→
Efeito da concentração na fem da
pilha
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Pilhas de concentração:
É uma pilha onde o cátodo e o ânodo possuem a
mesma espécie química, variando apenas as
concentrações.
Efeito da concentração na fem da
pilha
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A reação total da pilha é:
Pela equação de Nernst (T = 298 K):
Efeito da concentração na fem da
pilha
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Fem da célula e equilíbrio químico:
Um sistema está em equilíbrio se ΔG = 0. Portanto,
E = 0 e Q = Keq. Pela equação de Nernst:
Baterias ou pilhas
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Bateria ou pilha é uma fonte de energia
eletroquímica fechada e portátil que consiste em
uma ou mais células voltaicas.
Pilhas conectadas em série: soma-se as fems das
pilhas.
Pilhas:
Primárias → não podem ser recarregadas.
Secundárias → podem ser recarregadas.
Baterias ou pilhas
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Utilização de baterias ou pilhas no dia-a-dia:
 Bateria
de chumbo e ácido (bateria automotiva);
 Pilhas alcalinas;
 Baterias de níquel-cádmio, níquel-hidreto metálico e
íon lítio (dispositivos eletrônicos portáteis);
 Células de combustível (conversão da energia
térmica, a partir da queima de combustíveis, em
energia elétrica.
Corrosão
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As reações de corrosão são reações redox
espontâneas nas quais um metal é atacado por
alguma substância em seu ambiente e é convertido
em um composto indesejado.
Corrosão
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Proteção contra corrosão:
 Proteção
de um metal, tornando-o cátodo de uma
célula eletroquímica, conhecida como proteção
catódica;
Conseqüentemente, o metal que é oxidado é chamado
de ânodo de sacrifício. Ex: ferro galvanizado.
Eletrólise
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A eletrólise é baseada na utilização de energia
elétrica provinda de uma fonte externa para fazer
com que reações redox não-espontâneas ocorram.
Tais reações geradas pela energia externa são
chamadas reações de eletrólise e ocorrem em
células eletrolíticas.
Ex:
Eletrólise
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Decomposição do cloreto de sódio fundido:
Eletrólise
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Eletrólise de soluções aquosos.
Na eletrólise de soluções aquosas, temos de
verificar se a água é oxidada ou reduzida ao invés
dos íons do sal.
Eletrólise com eletrodos ativos.
Os eletrodos empregados nesta eletrólise
participam da reação.
Ex: Galvanoplastia.
Eletrólise
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Aspectos quantitativos da eletrólise
A estequiometria de uma semi-reação mostra
quantos elétrons são necessários para atingir um
processo eletrolítico.
Eletrólise
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Trabalho elétrico:
Para qualquer processo espontâneo, ΔG é uma
medida do trabalho máximo útil, wmáx.
Como E < 0:
w é o trabalho mínimo para realizar eletrólise.
Referencia Bibliográfica
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Brown, LeMay, Bursten. Química: A Ciência Central.
9ª edição.