Eletroquímica: as Pilhas de Volta e Daniell para o Enem e os vestibulares

Veja como se forma a corrente elétrica nas pilhas. Na origem, com Alexandre Volta, e depois com John Daniell, uma revolução no campo da Eletroquímica. Revise com o Curso Enem Gratuito para mandar bem nas questões de Química do Exame.

Eletroquímica, você lembra o que é?  E as Pilhas de Alexandre Volta, e de John Daniell? Veja um resumo online com aula gratuita para revisar e mandar bem no Enem.

A Eletroquímica estuda a transformação  (conversão) de energia química em elétrica e vice-versa.  Os principais fenômenos envolvidos são a produção de corrente elétrica através de uma reação química de (pilha), e a ocorrência de uma reação química pela passagem de corrente elétrica (eletrólise).

Ou seja, nas pilhas ocorre uma reação espontânea de tipo redox que resulta numa quantidade de eletricidade. Já a Eletrólise é um processo de reação induzida, onde se converte energia elétrica em energia química.Química Enem

E as pilhas, você sabe o que são?

As pilhas são dispositivos que aproveitam a transferência de elétrons de uma reação de oxirredução, e que propiciam o aparecimento de uma corrente elétrica através de um condutor.

No caso das pilhas tradicionais, você não pode esquecer que os processos de Oxidação  (perda de elétrons) e de Redução (ganho de elétrons) acontecem da seguinte maneira:

  • Oxidação = perder elétrons = agente redutor = Zn0 → Zn2+ + 2e-
  • Redução = ganhar elétrons = agente oxidante = Cu2 + 2e- → Cu0

A história das pilhas

Você encontra dois marcos fundamentais na história das pilhas. Na origem, a pilha de Alexandre Volta, em 1800, em seguida, a Pilha de Daniell, em 1836.   Alexandre Volta descobriu como transformar a energia química de reações de oxidação e de redução em energia elétrica.

O princípio da Pilha de Volta era a transferência de elétrons entre discos de prata e discos de zinco entremeados por camadas de papelão em solução de salmoura. Estes discos ‘empilhados’ e conectados nas extremidades por um fio condutor geravam uma ‘corrente de elétrons’. Vem dai o nome de Pilha.

Três décadas e meia depois o cientista inglês John Frederic Daniell (1790-1845) produziu uma evolução ao criar a Célula de Daniell, que era uma forma de Pilha estruturada com placas de cobre e de zinco mergulhadas em solução de Cu+2 e Zn+2.

Estas placas interligadas são chamadas de placas galvânicas, e que se conectadas externamente formando uma ‘ligação’, apresentavam a corrente elétrica que inaugurou uma nova etapa nas baterias.

Aula Gratuita sobre Eletroquímica – Entenda as Pilhas

Confira com o professor Felipe Sobis, do Canal Curso Enem Gratuito, uma revisão online completa sobre o funcionamento das Pilhas. Veja, e depois prossiga no post com a Pilha de John Daniell.

Veja a Pilha de Daniell

Observe na imagem abaixo uma Pilha de Daniell. Perceba que o sentido da movimentação dos elétrons é do eletrodo de zinco para o eletrodo de cobre. Com o passar do tempo, a lâmina de zinco vai sofrendo corrosão enquanto a massa da lâmina de cobre vai aumentando.

Consequentemente a solução do eletrodo de zinco fica cada vez mais concentrada, enquanto no eletrodo de cobre a solução fica mais diluída.Química Enem

Resumindo o funcionamento ‘clássico’ de uma Pilha para você não esquecer:

Química Enem

A representação de uma pilha pode variar das seguintes formas:

(eletrodos)

Zno/Zn2+ → Cu2+/Cuo

(semirreações com potenciais de eletrodo)

Zno → Zn2+ + 2e Ered: -0,76 V

Cu2+ + 2e → Cuo Ered: +0,34 V

Zno + Cu2+ → Cuo + Zn2+

(reação global)

Potencial de Eletrodo

O sentido do deslocamento dos elétrons depende das substâncias utilizadas nos eletrodos. Estabelecendo a conexão entre as duas semicelas através de um fio condutor e colocando uma ponte salina, cada equilíbrio desloca-se no sentido do processo (oxidação ou redução) que possuir maior tendência a ocorrer.

Essa tendência a deslocar o equilíbrio eletrônico num dos sentidos foi denominada potencial de eletrodo, simbolizado por E. Portanto existe:

Potencial de Oxidação (Eoxid): indica tendência maior a deslocar o equilíbrio no sentido da oxidação.

Potencial de Redução (Ered): indica tendência maior a deslocar o equilíbrio no sentido da redução.

Obs.: Influenciado pela temperatura, pressão e concentração do eletrodo. Convenção: 1atm, 25o C, solução a 1mol/L, medida padrão (Volt).

Eletrodo de Hidrogênio

O eletrodo de hidrogênio é constituído por uma solução 1mol/L de ácido, pela qual passa um fluxo de gás hidrogênio, à pressão constante de 1atm e 25o C. Uma lâmina de platina estabelece o contato entre o eletrodo e o circuito externo e facilita a reação de oxidação-redução do hidrogênio, pois absorve o gás em sua superfície.

A esse eletrodo associou-se o valor de potencial nulo.

Então, para medir o potencial de um eletrodo, basta ligá-lo ao eletrodo padrão em uma montagem semelhante à pilha de Daniell.  O voltímetro acusa uma ddp (diferença de potencial). Na imagem um Voltímetro.

Exemplos: – No caso do metal zinco, o voltímetro acusa uma ddp de 0,76V. Note que a barra de zinco sofre corrosão, então, conclui-se que o zinco está sofrendo oxidação, logo, seu potencial de oxidação será +0,76V e seu potencial de redução -0,76V.

Já no caso do metal cobre, ocorre um aumento da sua massa, o que é sinal de redução. Como o voltimetro acusa uma voltagem de 0,34V, conclui-se que seu potencial de redução é de +0,34V, e seu potencial de oxidação é de -0,34V.

Comparando esses dois metais, o cobre possui uma tendência maior a sofrer redução enquanto o zinco, de sofrer oxidação.

Com os valores dos potenciais de cada metal, é possível prever então que vai oxidar e reduzir, bem como a voltagem gerada pela pilha a ser montada pela equação:

∆E0 = Ered maior – Ered menor

Exemplo: Zno + Cu2+ → Cuo + Zn2+

∆E0 = +0,34 – (-0,76)

∆E0 = 1,10 V

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