CURSINHO ETWB 2012
Componente Curricular: Química
Professor: Ricardo Honda
Data: Terça-feira, 19/06/2012
Tema da aula: Pilhas
“A eletroquímica é a parte da Química que estuda não só os fenômenos envolvidos na produção de corrente
elétrica a partir da transferência de elétrons em reações de oxirredução, mas também a utilização de corrente
elétrica na produção dessas reações. O seu estudo pode ser dividido em duas partes: pilhas e baterias (Aula 36),
e eletrólise (Aulas 37 e 38). Pilhas e baterias são dispositivos nos quais uma reação espontânea de oxirredução
produz corrente elétrica”.
Pilha de Daniell
Em 1836, John Frederick Daniell aperfeiçoou a primeira
pilha elétrica criada por Alessandro Volta em 1800.
Na pilha de Daniell, os dois eletrodos metálicos eram
unidos externamente por um fio condutor, e as duas semicelas
eram unidas por uma ponte salina, contendo uma solução
saturada de K2SO4 (aq). Inicialmente, o sistema apresentava o
aspecto ao lado.
Após certo tempo de funcionamento, a pilha apresenta o
seguinte aspecto:
Pela análise dessas duas semirreações, podemos concluir que os elétrons fluem, no circuito externo, do
eletrodo de zinco para o eletrodo de cobre, ou seja, os elétrons, por apresentarem carga negativa, migram para o
eletrodo positivo (polo positivo), que, nesse caso, é a lâmina de cobre.
Aula 36
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A equação global dos processos ocorridos nessa pilha pode ser obtida pela soma das duas semirreações:
Oficialmente, por convenção mundial, as pilhas são representadas da seguinte maneira:
Usando essa notação, a pilha estudada pode ser representada por: Zn / Zn
2+
2+
// Cu
0
/ Cu
Potencial das pilhas
2+
Na pilha de Daniell, os eletrodos são de zinco (Zn) e cobre (Cu). Tanto os íons Zn (aq) como os íons
2+
Cu (aq) têm uma certa tendência de receber elétrons; porém, os íons Cu (aq) são os que sofrem redução.
2+
2+
Podemos concluir, então, que a tendência do Cu (aq) em sofrer redução é maior que a do Zn (aq).
2+
Assim, dizemos que os íons Cu têm maior potencial de redução (Ered).
2+
2+
Nessa pilha, como os íons Cu sofreram redução, o zinco sofrerá oxidação, o que nos permite concluir
que ele apresenta maior potencial de oxidação (Eoxi).
Em uma pilha, a espécie que apresenta maior Ered sofre redução e, portanto, a outra espécie, de maior Eoxi, sofre
oxidação.
Cálculo da voltagem (ΔE) das pilhas
A diferença de potencial ou ddp (ΔE) de uma pilha depende das espécies envolvidas, das suas
concentrações e da temperatura. Por esse motivo, o ΔE é medido na chamada condição-padrão, que corresponde
a espécies com concentração 1 mol/L e possíveis gases envolvidos com pressão de 1 atmosfera a 25 ºC. Nessas
0
condições, a diferença de potencial da pilha será representada por ΔE .
0
O ΔE de uma pilha corresponde à diferença entre os potenciais de redução ou de oxidação das espécies
envolvidas, e seu cálculo pode ser feito pelas equações a seguir:
Vamos considerar uma pilha formada por eletrodos de alumínio e cobre, cujos E
0
red
são:
0
Para efetuarmos o cálculo do ΔE dessa pilha, podemos utilizar a equação:
Observando os potenciais, podemos perceber que o cobre, por apresentar o maior potencial de redução,
se reduz, ao passo que o alumínio se oxida:
A equação global da pilha pode ser obtida pelo uso de coeficientes que igualem o número de elétrons
cedidos e recebidos nas semirreações:
Aula 36
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Note que os valores dos E0 não dependem do número de mol das espécies envolvidas e são sempre
constantes nas condições-padrão para cada espécie.
0
Outro fato interessante é que podemos calcular o ΔE da pilha utilizando a equação:
A representação desta pilha pode ser feita por:
3+
2+
Al(s) / Al (aq) // Cu (aq) / Cu(s)
Metal de sacrifício
Para proteger o metal — ferro ou aço — da corrosão, podemos utilizar um metal que apresente maior
tendência a perder elétrons (maior potencial de oxidação). Esse metal se oxida e evita a corrosão do ferro, sendo,
por isso, chamado de metal de sacrifício. Um metal normalmente utilizado com essa finalidade é o magnésio.
De acordo com a equação:
2+
–
Mg (s) → Mg + 2 e
podemos perceber que o magnésio, quando se oxida, perde elétrons para o ferro, que permanece protegido. As
placas de magnésio devem, portanto, ser substituídas por outras, esporadicamente.
EXERCÍCIOS DE CLASSE
1. (UFSCar 2008) – Dentre os elementos, há alguns com grande tendência à oxidação, como sódio, enquanto
outros, como platina, são muito resistentes à oxidação. Um valor que indica a tendência à oxidação ou à redução
0
é o potencial padrão de redução, E , que pode ser obtido experimentalmente e é representado em semirreações,
como exemplificado a seguir:
–
+
Li + e → Li
+
–
Ag + e → Ag
0
E = – 3,04 V
0
E = + 0,80 V
Em reações de oxidação e redução, há fluxo de elétrons e, quando isso gera energia, forma-se uma pilha, fonte de
energia bastante comum nos dias de hoje. Considere uma pilha formada a partir de lítio e prata em seus estados
de oxidação mais comuns.
a) Escreva a equação global da reação dessa pilha.
b) Calcule a diferença de potencial (ΔEº) desta pilha, em condições padrão.
2. (FUVEST 2008) – Foi montada uma pilha em que o polo positivo era constituído por um bastão de paládio,
mergulhado numa solução de cloreto de paládio e o polo negativo, por um bastão de níquel, mergulhado numa
solução de sulfato de níquel. As semirreações que representam os eletrodos são:
2+
−
Pd + 2 e → Pd
2+
−
Ni + 2 e → Ni
a) Escreva a equação que representa a reação química (reação global) que ocorre quando a pilha está
funcionando (sentido espontâneo).
2+
2+
b) O que acontece com as concentrações de Pd e Ni durante o funcionamento da pilha? Explique.
Aula 36
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3. (UNICAMP) – O desenho abaixo representa o corte de uma pilha de manganês.
As reações que ocorrem durante o funcionamento da pilha são:
+
2 MnO2 (s) + 2 NH4 (aq) + 2 e → Mn2O3 (s) + 2 NH3 (aq) + H2O (l)
2+
Zn (s) → Zn (aq) + 2 e
a) De qual eletrodo partem os elétrons quando a pilha está fornecendo energia? Justifique.
b) Cite duas substâncias cujas quantidades diminuem com o funcionamento da pilha. Justifique.
4. (FATEC 2010) – Considere os seguintes dados sobre potenciais-padrão de redução:
Uma tubulação de ferro pode ser protegida contra a corrosão se
a ela for conectada uma peça metálica constituída por
a) magnésio ou prata.
b) magnésio ou zinco.
c) zinco ou cobre.
d) zinco ou prata.
e) cobre ou prata.
EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES
1. (UFPR) – Na pilha de Daniell, barras de cobre e zinco se encontram mergulhadas em soluções aquosas de
sulfato de cobre II e sulfato de zinco, respectivamente. As duas soluções estão separadas por uma ponte salina.
Sabendo que os potenciais-padrão de redução são:
2+
–
0
Cu + 2 e → Cu
E = + 0,34 V
2+
–
0
Zn + 2 e → Zn
E = – 0,76 V
a) Escreva a reação espontânea (reação global) que ocorre na pilha de Daniell.
b) Calcule a diferença de potencial da pilha.
2. (FUVEST) – Três metais foram acrescentados a soluções aquosas de nitratos metálicos, de mesma
concentração, conforme indicado na tabela. O cruzamento de uma linha com uma coluna representa um
experimento. Um retângulo escurecido indica que o experimento não foi realizado; o sinal (-) indica que não
ocorreu reação e o sinal (+) indica que houve dissolução do metal acrescentado e precipitação do metal que
estava na forma de nitrato.
Cd
Co
Pb
Cd(NO3)2
Co(NO3)2
+
Pb(NO3)2
+
+
Cada um dos metais citados, mergulhado na
solução aquosa de concentração 0,1 mol/L de seu
2+
nitrato, é um eletrodo, representado por Me|Me , onde
2+
Me indica o metal e Me , o cátion de seu nitrato. A
associação de dois desses eletrodos constitui uma
pilha. A pilha com maior diferença de potencial elétrico
e polaridade correta de seus eletrodos, determinada
com um voltímetro, é a representada por
3. (FGV 2011) – Para que uma lata de ferro não sofra corrosão, esta pode ser recoberta por uma camada de um
metal, que forma uma cobertura protetora, evitando a formação de ferrugem. Considerando somente os valores
dos potenciais-padrão de redução dos metais
+
–
0
0
+2
–
0
0
Ag + e → Ag
E = + 0,80 V
Zn + 2 e → Zn
E = – 0,76 V
+2
–
0
0
+2
–
0
0
Cu + 2 e → Cu
E = + 0,34 V
Mg + 2 e → Mg
E = – 2,37 V
+2
–
0
0
e do ferro, Fe + 2 e → Fe
E = – 0,44 V,
quais desses poderiam ser utilizados para prevenir a corrosão do ferro?
a) Zn e Mg, apenas.
b) Ag e Cu, apenas.
c) Ag e Zn, apenas.
Aula 36
d) Cu e Zn, apenas.
e) Cu e Mg, apenas.
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