Estudo das Pilhas Galvânicas

Estudo das Pilhas Galvânicas

(Parte 1 de 3)

Campus Chác. Flora Curso de Química

Denise Carvalho M. de Souza

Everton Bonturim

Marcia Ozeda de Alencar

Marcos Barbosa Roseli Jesus M. M. Domingues

São Paulo 2008

Trabalho apresentado como parte da avaliação para aprovação na disciplina Processos Físico-Químicos do curso de Química da Universidade Ibirapuera, sob orientação da professora Dra. Célia Aparecida Lino dos Santos.

São Paulo 2008

INTRODUÇÃO4
OBJETIVOS5
Introdução Teórica6
Oxidação6
Redução6
A Pilha de Daniell6
A Ponte Salina8
Eletrodos8
Reações de Redox em Células Galvânicas8
Potencial das Pilhas8

Página

PRÁTICA NÚMERO 1 – DESLOCAMENTO GALVÂNICO

1. Materiais10
2. Reagentes10
3. Procedimentos1
4. Resultados12
5. Discussão dos Resultados13

PRÁTICA NÚMERO 2 – PILHA DE DANIELL

1. Materiais15
2. Reagentes15
3. Procedimentos16
4. Resultados17
5. Discussão dos Resultados19

EXPERIMENTAL REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 20

Apresenta-se aqui o relatório da aula experimental realizada aos 1 dias do mês de

Novembro, em presença da professora Dra. Célia Aparecida Lino dos Santos e da turma do 4º semestre do curso de Química, no laboratório da Universidade Ibirapuera.

Em princípio a intenção deste relatório é de analisar e comentar/discutir os resultados obtidos a partir dos testes realizados, para isso, contamos com a teoria estudada no decorrer do semestre, das aulas de Processos Físico-Químicos.

Para que possamos compreender melhor os fenômenos aqui estudados e observados iremos retomar alguns conceitos básicos de Eletroquímica.

Desde nosso nascimento estamos em contato com uma das maiores conquistas do ser humano: a eletricidade. Podemos obtê-la por meio de usinas hidrelétricas e nucleares, a partir de combustíveis e de muitas outras formas; seria difícil imaginar o mundo atual sem ela.

Sabemos que grande parte dos equipamentos portáteis que utilizamos hoje em dia só funciona porque um desenvolvimento muito importante aconteceu há tempos, a descoberta da pilha.

Gerar e armazenar energia sempre foram uma preocupação dos cientistas, principalmente o que diz respeito à duração desses componentes.

O objetivo deste relatório é constatar a ocorrência de uma reação de oxido-redução que libera elétrons pelo pólo negativo do sistema, além de medir a tensão gerada por essa reação através da medida de voltagem que passa pelo fio que conduz a corrente elétrica pela parte externa do sistema. Esta reação é baseada na característica de determinados metais em sofrer oxidação e redução em meio aquoso. Além de observar a transição dos elétrons, utilizando a medida de tensão com o multímetro, podemos observar o movimento dos íons de cobre da solução de CuSO4 pela ponte salina conectada a semicélula com Zn.

A palavra elétron, o mesmo que âmbar em grega, foi usada pela primeira vez em 1600 por William Gilbert. Entretanto, ele continuou desconhecido por mais 297 anos, sendo descoberto somente em 1897 por J.J. Thomson. O elétron faz parte das grandes descobertas científicas da época (raios X, radioatividade, efeito fotoelétrico etc.) que originaram a Física Moderna.

De acordo com as teorias de eletroquímica, a oxidação é um processo que resulta na perda de um ou mais elétrons pelas substâncias (átomos, íons ou moléculas). Quando um elemento está sendo oxidado, seu estado de oxidação altera-se para valores mais positivos. O agente oxidante é aquele que aceita elétrons e é reduzido durante o processo. Tal definição de oxidação é bastante generalizada e, portanto, aplica-se também aos processos nos estados sólido, fundido e gasoso.

A redução é, por sua vez, um processo que resulta em ganho de um ou mais elétrons pelas substâncias (átomos, íons ou moléculas). Quando um elemento está sendo reduzido, seu estado de oxidação atinge valores mais negativos (ou menos positivos). O agente de redução é conseqüentemente aquele que perde elétrons e que se oxida no processo. Novamente, é uma definição bem generalizada e aplicase também aos processos nos estados sólido, fundido e gasoso.

De todos os exemplos expostos, observa-se que a oxidação e a redução sempre ocorrem simultaneamente. Isso é bastante óbvio, visto que a liberação de elétrons por uma substância implica na recepção deste elétron por outra. Se considerarmos a oxidação de um elemento, devemos ter em mente que, necessariamente e na mesma ocasião, está havendo a redução de outra substância. É lógico, portanto, falarmos em reações de óxido-redução (ou reações redox), quando nos referirmos a processos que envolvem transferência de cargas.

Em 1836, o químico britânico John Frederic Daniell (1790 – 1845), necessitando de uma fonte de corrente elétrica estável para usa em telégrafos, desenvolveu uma pilha utilizando cobre o zinco. A pilha utilizada por Daniell pode ser vista na montagem abaixo.

Uma lâmina de cobre é colocada em uma solução 1mol.L-1 de sulfato de cobre I (CuSO4) e uma lâmina de zinco, em uma solução de 1mol.L-1 de sulfato de zinco. Cada uma delas irá se comportar como um eletrodo, ou seja, terminal por onde entram ou saem elétrons.

Os elétrons fluem espontaneamente, através do fio condutor, da lâmina de zinco para a lâmina de cobre, e os íons Zn 2+ formados devido à perda de elétrons da lâmina de zinco migram para a solução. Esse fluxo de elétrons circula pelo fio fazendo a lâmpada acender.

Os elétrons provenientes do eletrodo de zinco que escoa para o eletrodo de cobre irão promover a redução dos cátions Cu 2+ dissolvidos na solução. Assim, no eletrodo de cobre ocorre a redução dos cátions Cu2+ e no eletrodo de zinco, a oxidação do zinco metálico.

No eletrodo de cobre ocorre: No eletrodo de zinco ocorre: •••• Espessamento da lâmina de Cu.

•••• Diminuição da cor azul. Esses dois fatos podem ser explicados pela semi-reação da redução:

O eletrodo onde ocorre a redução é o cátodo.

•••• Corrosão da lâmina de Zn.

Esse fato poder ser explicado pela semi-reação de oxidação:

Zn(s)Zn(aq)

O eletrodo onde ocorre a oxidação é o ânodo.

Pela análise dessas duas semi-reações, 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 (pólo positivo), que, nesse caso, é a lâmina de cobre.

A equação global dos processos ocorridos nessa pilha pode ser obtida pela soma das duas semi-reações:

Ânodo Zn(s)Zn(aq)

Reação Global Zn(s) + Cu(aq) 2+

Oficialmente, por convenção mundial, as pilhas são representadas da seguinte maneira:

A finalidade da ponte salina é manter as duas semicelas eletricamente neutras através da migração de íons (corrente iônica). Na semicela de zinco da pilha de Daniell, devido à oxidação do Zn, a solução passa a apresentar excesso de cargas positivas, Zn(aq)

2+ , o que é neutralizado pela migração dos íons negativos SO2(aq)

2- , presentes na ponte salina. Na semicela de cobre, devido à diminuição de íons

Cu(aq) 2+ , a solução passa a apresentar excesso de cargas negativas SO4(aq)

2- , o que é neutralizado pela migração de íons positivos K(aq)+ , presentes na ponte salina.

Eletrodos são condutores que proporcionam a passagem de corrente elétrica de um sistema ara outro. Uma placa metálica, por exemplo, pode ser um eletrodo, ao transferir ou receber elétrons, quando mergulhada em uma solução eletrolítica.

Em algumas situações práticas, os eletrodos podem participar das reações, sendo consumidos ou sofrendo deposição, e, nesse caso,são denominados eletrodos ativos. Eletrodos de pilhas são exemplos de eletrodos ativos. No entanto, existem situações nas quais os eletrodos servem simplesmente de meio para a passagem de corrente elétrica; nesse caso são denominados eletrodos inertes. Grafite, platina e ouro são ótimas substâncias para a produção de eletrodos inertes.

O sentido das reações químicas sempre pode ser previsto a partir de dados termodinâmicos.

Assim, se calcularmos a variação da energia livre de Gibbs de uma reação, podemos afirmar se uma dada reação química pode ou não ocorrer.

Na pilha de Daniell, os eletrodos são de zinco (Zn) e cobre (Cu). Tanto os íons Zn 2+ como os íons Cu 2+ têm uma certa tendência de receber elétrons; porém, os íons Cu2+ são os que sofrem redução.

Podemos concluir, então, que a tendência do Cu 2+ em sofrer redução é maior que a do Zn2+ .

Assim, dizemos que os íons Cu2+ têm maior potencial de redução (Ered).

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