Eletroquímica: veja as Pilhas de Volta e John Daniell

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 nas questões de Química do Enem.

A Eletroquímica estuda a transformação 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

Veja o que são as pilhas

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 John 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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Íons e Cátions

Veja agora comn o professor felipe Sobis como se comportam as reações onde acontecem gnahos ou perdas de elétrons e complete a sua revisão de Eletroquímica.

Íons e Cátions:

  1. O que são íons? Íons são partículas, derivadas de átomos ou de moléculas, que possuem carga elétrica. Íons negativos apresentam excesso de elétrons. Já íons positivos apresentam deficiência de elétrons.
  2. Os átomos, ao ganharem ou perderem elétrons, originam dois tipos de íons: Íons positivos = cátions; Íons negativos = ânions.
  3. Já os cátions, formam-se quando um átomo perde um ou mais elétrons, resultando num sistema eletricamente positivo, em que o número de prótons é maior que o número de elétrons.
  4. Em contrapartida, os ânions formam-se quando um átomo ganha ou recebe um ou mais elétrons, resultando num sistema eletricamente negativo, em que o número de prótons é menor que o número de elétrons.
  5. Confira na aula acima.