Cópia - quimica

Pilhas e baterias: ​ uma oxidação útil

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4.1. Pilhas como fonte de energia

2+

Zn(s) + Cu (aq) Zn (aq) + Cu(s)

• O zinco oxida-se…

Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2 e -

• … e o cobre reduz-se.

Cu 2+ (aq) + 2 e- Cu(s)

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4.1. Pilhas como fonte de energia

É possível fazer a transferência de eletrões entre os dois metais usando um fio condutor, obtendo-se desta forma uma corrente elétrica, construindo-se, assim, uma pilha.

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O elétrodo onde ocorre redução (cobre) é o elétrodo positivo ou cátodo.

O elétrodo onde ocorre oxidação (zinco) é o elétrodo negativo ou ânodo.

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Pilha ou célula galvânica- dispositivo em que é produzida corrente elétrica a partir de uma reação de oxidação-redução espontânea.

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4.1. Pilhas como fonte de energia

A ponte salina tem duas funções: garantir o indispensável equilíbrio elétrico dentro de cada uma das soluções e fechar o circuito elétrico.

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O elétrodo que recebe os catiões da ponte salina (cobre)

O elétrodo que recebe os aniões da ponte salina (zinco)

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A força eletromotriz (f.e.m.) de uma célula (ou tensão da célula) é a diferença de potencial elétrico entre os dois elétrodos, medida num voltímetro.

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O zinco é oxidado(corroído)

O cobre solido vai-se depositando sobre o cobre

Zn(s) + CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s)

A concentração da solução de sulfatode cobre(II) vai diminuindo

A concentração da solução de sulfato de zinco vai aumentando

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4.1. Pilhas como fonte de energia

Por convenção, é possivel representar uma celula galvânica usando a seguinte simbologia, para o exemplo a pilha de Daniell (célula de zinco e cobre) em análise :

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Ou, mais simplificadamente:

Agente redutor 2

Agente redutor 1

Zn(s) I Zn2+ (aq) II Cu 2+(aq) I Cu(s)

Agente oxidante 1

Agente oxidante 2

Numa pilha ocorre sempre:

a) Redução no ânodo b) Passagem de elétrões do cátodo para o ânodo c) Reação de neutralização d) Uma reação de oxidação-redução

Numa pilha ocorre sempre:

a) Redução no ânodo b) Passagem de elétrões do cátodo para o ânodo c) Reação de neutralização d) Uma reação de oxidação-redução

Cu(s) + 2 Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2 Ag(s)

Identifica o eletrodo que funciona como ânodo e o que funciona como cátodo

Cu(s) + 2 Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2 Ag(s)

Identifica o eletrodo que funciona como ânodo e o que funciona como cátodo Cátodo: prata Ânodo: cobre

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Elétrodo inerte:

Elétrodo inerte é um elétrodo que não é oxidado ou reduzido na reação eletroquímica que ocorre na sua superfície.

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Representação esquematica:

Célula galvânica Célula eletrolítica

Energia quimica

Energia eletrica

VS

Energia quimica ( por eletrolise)

Energia eletrica

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Célula eletrolítica:

• Ocorre a oxidação do ânodo:

2Cl -(l) Cl2(g) + 2e-

• E a redução do cátodo:

2Na+ (l) + 2e- 2Na (l)

• Reação global:

2Cl- (l) + 2Na+ (l) Cl2 (g) + 2Na (l)

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4.2. Reatividade dos metais e o potencial-padrão de redução:

Fatores que influenciam a d.d.p. de uma célula galvânica:

• A diferença de potencial de uma pilha (célula galvânica) depende da temperatura, da natureza dos elétrodos e da concentração dos iões envolvidos na reação.

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Natureza dos elétrodos:

Quanto maior for a tendência do ânodo em ceder eletrões (maior poder redutor) e, simultaneamente, maior a tendência do cátodo em receber os eletrões (menor poder redutor), maior será o valor da f.e.m. da célula.

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Concentração dos iões envolvidos na reação:

Zn(s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu(s)

Um aumento da concentração da solução de sulfato de zinco (aumento da concentração de Zn2+) provoca a evolução da reação no sentido inverso desfavorecendo a reação característica da pilha, diminuindo, assim, o valor da f.e.m. da pilha.

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Temperatura da célula galvânica:

• Pelo facto de a f.e.m. depender da temperatura, foi escolhida, arbitrariamente, a temperatura de 25 °C como temperatura-padrão das duas soluções eletrolíticas.

Zn(s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu(s)

• A temperatura influencia, de forma diferente, a maioria das reações químicas, dado que influencia de forma diferente os respetivos valores da constante de equilíbrio.

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Pressão:

• A tensão-padrão, E°, de uma célula galvânica é a diferença de potencial medida em condições-padrão:
• concentração 1 mol dm−3 para soluções,;

• pressão 1,01 × 105 Pa (1 atm) para gases;
• temperatura de 25 °C (298 K).

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Elétrodo de hidrogénio:

Se funcionar como ânodo, a semirreação de oxidação é traduzida por: H2 (g) 2H+ (aq) + 2e - Se funcionar como cátodo, a semirreação de redução é traduzida por: 2H+ (aq) + 2e- H2 (g)

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Elétrodo de hidrogénio:

Por convenção, nas condições-padrão (pH2 = 1atm, [H+] = 1mol/L; T = 25°C), o potencial-padrão de redução deste elétrodo é zero (E° = 0,00 V). O par H+/ H2, com potencial-padrão de redução zero, poderá servir como termo de comparação para outros potenciais-padrão de redução.

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Potencial-padrão de redução:

O valor medido no voltímetro (– 0,76 V) é denominado potencial-padrão de redução do zinco e é indicado por E°.

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Potencial-padrão de redução:

Semiequação de redução: 2H+(aq) + 2e- H2(g) Semireação de oxidação: Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Equação global: 2H+(aq) + Zn(s) H2(g) + Zn2+(aq)

O valor apresentado no voltimetro é o modulo da f.e.m. Posto isto:

O ânodo da célula e o potencial-padrão de redução do ferro são, respetivamente..... a)...elétrodo de ferro e -0,44V b)...elétrodo de ferro e 0,44V c)...elétrodo de hidrogenio e -0,44V d)...elétrodo de hidrogenio e 0,44V

O valor apresentado no voltimetro é o modulo da f.e.m. Posto isto:

O ânodo da célula e o potencial-padrão de redução do ferro são, respetivamente..... a)...elétrodo de ferro e -0,44V b)...elétrodo de ferro e 0,44V c)...elétrodo de hidrogenio e -0,44V d)...elétrodo de hidrogenio e 0,44V

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4.3. Extensão das reações redox:

Quanto mais positivo for o potencial-padrão de redução, E°, de um par conjugado de oxidação-redução, maior é a tendência da substância para ser reduzida (mais forte é o oxidante).

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4.3. Extensão das reações redox:

Quanto mais positivo for o potencial-padrão de redução, E°, de um par conjugado de oxidação-redução, maior é a tendência da substância para ser reduzida (mais forte é o oxidante).

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P77

P77

4.3. Extensão das reações redox:

Reação global: Zn(s) + Cu 2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

https://www.youtube.com/watch?v=Dm03CZ5mpNs