Eletroquímica e Pilha

Para melhor entender a eletroquímica, vamos recordar algo sobre oxidação e redução.

• Oxidação: Quando uma espécie química perde elétrons na reação.
• Redução: quando uma espécie química recebe elétrons na reação.

A Série da Reatividade Química

Analisando em conjunto os resultados obtidos na sequência anterior de experiências verificamos que existe uma determinada ordem para que a reação ocorra, isto é, não basta simplesmente juntar duas espécies químicas: um metal e uma solução. A natureza impõe condições para que haja reação entre um determinado par de metal/catíon.

Nas experiências que descrevemos, observamos que:

• Al cede elétrons ao Zn ;
• Zn cede elétrons ao Cu ;
• Cu não cede elétrons ao Zn .

Podemos dispor esses metais em uma sequência que indique a preferência em ceder elétrons, ou, como é chamada, uma série de reatividade química.

Pilha

Pilha é qualquer dispositivo no qual uma reação de oxirredução espontânea produz corrente elétrica.

Cátodo é o eletrodo no qual há redução (ganho de elétrons). É o polo positivo da pilha.

Ânodo é o eletrodo no qual há oxidação (perda de elétrons). É o polo negativo da pilha.

Os elétrons saem do ânodo (polo negativo) e entram no cátodo (polo positivo) da pilha.

Pilhas comerciais

* Pilha seca comum (Leclanché)
* Pilha alcalina comum
* Pilha de mercúrio
* Bateria de níquel-cádmio
* Bateria de chumbo
* Pilha de combustível

Representação convencionada pela IUPAC

Ânodo/Solução do ânodo//Solução do cátodo/Cátodo

Exemplo: Pilha de Daniell: Zn/Zn²⁺//Cu²⁺/Cu

Eletrodo padrão

Eletrodo padrão é aquele no qual as concentrações das substâncias em solução é igual a 1 mol/L e a temperatura é de 25°C.

No caso de um gás participar do eletrodo, sua pressão deve ser igual a 1 atm.

Por convenção, o potencial padrão de eletrodo do hidrogênio é igual a zero e o seu potencial padrão de redução é igual a zero:

2H⁺ + 2e^–  ⇒  H₂  

E⁰_red = 0 (convenção)

A IUPAC eliminou o termo potencial de oxidação. Sempre deve ser usada a expressão potencial de redução.

A medida do potencial padrão de redução de um dado eletrodo padrão é feita medindo-se a ddp de uma pilha padrão na qual uma das semipilhas é um eletrodo padrão de hidrogênio e a outra é o eletrodo padrão cujo E⁰_red se quer medir.

• Quanto maior for o E⁰_red, mais fácil será a redução e mais forte será o oxidante.
• Quanto menor for o E⁰_red, mais difícil será a redução e mais fraco será o oxidante.
• Quanto maior for o E⁰_red, mais difícil será a oxidação e mais fraco será o redutor.
• Quanto menor for o E⁰_red, mais fácil será a oxidação e mais forte será o redutor.

Corrosão

Corrosão do ferro

* Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco)Proteção contra a corrosão

* Lata (ferro revestido de estanho)
* Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas na superfície e que funcionam como eletrodo de sacrifício

Eletrólise

Eletrólise é uma reação de oxirredução não-espontânea produzida pela passagem da corrente elétrica.

Cátodo da cela eletrolítica é o eletrodo negativo, isto é, ligado ao polo negativo do gerador. Nele ocorre sempre uma reação de redução.

Ânodo da cela eletrolítica é o eletrodo positivo, isto é, ligado ao polo positivo do gerador. Nele sempre ocorre uma reação de oxidação.

Na eletrólise em solução aquosa de sais de metais alcalinos (Na⁺, K⁺…), alcalino-terrosos (Ca²⁺, Ba²⁺…) e de alumínio (Al³⁺), a descarga no cátodo não é a dos respectivos cátions, mas ocorre segundo a equação:

2H₂O + 2e^– ⇒ H₂ + 2(OH)^–

Nas eletrólises em solução aquosa e com ânodo inerte (Pt ou grafite) de sais oxigenados (SO₄^2-, NO₃^–, PO₄^3-…) não há a descarga dos respectivos ânions oxigenados, mas ocorre a descarga segundo a equação:

H₂O ⇒ 2H⁺ + ½O₂ + 2e^–

O ânion F^–, embora não seja oxigenado, comporta-se como os ânions oxigenados em relação à descarga no ânodo.

Nas eletrólises em solução aquosa com ânodo de metal não-inerte M (prata ou metal mais reativo que a prata), a descarga que ocorre no ânodo é segundo a equação:

M ⇒ M ^x+ + xe^–

Ag ⇒ Ag⁺ + e^–

Cu ⇒ Cu²⁺ + 2e^–

Purificação eletrolítica do cobre – Faz-se a eletrólise de CuSO₄ em solução aquosa usando como cátodo um fio de cobre puro e como ânodo um bloco de cobre impuro. Nesse processo, precipita a lama anódicaque contém impurezas de Au, Ag, Pt, etc., da qual são posteriormente extraídos esses metais.

Galvanoplastia – Douração, prateação, niquelação, cromeação, etc., feitas por via eletrolítica.

Aplicações da eletrólise

• Obtenção de metais (Al, Na, Mg)
• Obtenção de NaOH, H₂ e Cl₂
• Purificação eletrolítica de metais
• Galvanoplastia

Equação Geral da Eletrólise

São duas: M = kEQ e m = eQ

Bibliografia 

http://www.fisica.net
http://www.feiradeciencias.com.br

Autoria: Valdilene Costa

Veja também:

• Pilha de Daniell