Eletroquímica

1 Eletroqumica Pilhas

Colgio Salesiano Sagrado Corao Aluna(o): _____________________________________________ N: _________ Turma: 3 ano ________

Recife, ______ de ________________ de 2013

Disciplina: Qumica Professor: Eber Barbosa

Eletroqumica Pilhas ]

01 Introduo

Eletroqumica o estudo das relaes existentes entre os fenmenos eltricos e as reaes qumicas.

02 Conceitos Fundamentais

Corrente Eltrica Movimento ordenado de cargas (eltrons, ctions, nions). Esse deslocamento de cargas pode ser obtido, por exemplo, durante as reaes qumicas em que tomos cedem e recebem eltrons, conforme ilustrado abaixo...

Na + C Na+C

Oxidao a perda de eltrons acompanhada de aumento de carga.

Reduo o ganho de eltrons acompanhado de reduo de carga.

Reao de oxi-reduo aquela em que ocorre oxidao e reduo, simultaneamente, ou seja, ocorre transferncia de eltrons gerando um fluxo de eltrons

Agente oxidante Reagente que provoca a oxidao de outra espcie. Oxidante a espcie que sofre reduo.

Agente redutor Reagente que provoca a reduo de outra espcie. Redutor a espcie que sofre oxidao.

Agente oxidante = Espcie reduzida Agente redutor = Espcie oxidada

Exemplo: Cu+2(aq) + Zn0

(s) Cu0

(s) + Zn+2

(aq)

Observaes: Um bom agente redutor apresenta forte tendncia de se oxidar, ou seja, elevado potencial de oxidao. Um bom agente oxidante apresenta forte tendncia de se reduzir, ou seja, elevado potencial de reduo.

Reao Qumica Corrente Eltrica

Pilha (Espontneo, G < 0)

Eletrlise (No espontneo, G > 0)

Reduo do nox = reduo

Aumento do nox = oxidao

Cu+2(aq) = o agente oxidante. Zn0(s) = o agente redutor

Consumo de energia livre.

Liberao de energia livre, que possibilita realizao de trabalho til.

Ganhou eltron = Reduo

Perdeu eltron = Oxidao

RECIFE


Potencial de reduo (Ered) Valor numrico que expressa, relativamente, a tendncia de ganhar eltrons apresentada por uma espcie qumica.

Potencial de oxidao (Eoxid) Valor numrico que expressa, relativamente, a tendncia de perder eltrons, apresentada por uma espcie qumica.

nodo Regio que emite eltrons.

Ctodo Regio que recebe eltrons.

Eletrdo o conjunto formado por uma barra metlica* e uma soluo de um de seus sais. O objetivo do sal fornecer ctions do mesmo elemento qumico da barra metlica.

Exemplo: Eletrodo de prata = placa de prata metlica mergulhada em soluo aquosa de ctions prata.

Pilha Tambm chamada de clula ou cela galvnica o dispositivo espontneo que produz corrente eltrica a partir de reaes de oxi-reduo.

03 Plos Positivos e Negativos

Em processos espontneos

Em processos no espontneos Demonstraes:

* Nem sempre o eletrodo metlico, como ocorre no eletrodo padro de hidrognio que ser posteriormente estudado.

Ag0(S)

Ag+(aq)

Soluo de um sal do metal M MxAy

M+y

(aq)

Ax(aq)

Placa metlica do metal M

No nodo ocorre oxidao. No ctodo ocorre reduo.

Importante:

Eltrons, que so cargas negativas, se afastam do plo negativo. Dessa forma o plo negativo chamado de nodo.

Eltrons, que so cargas negativas, se aproximam do plo positivo.

Dessa forma o plo positivo chamado de ctodo.

Eltrons, que so cargas negativas, se aproximam do plo negativo. Dessa forma o plo negativo chamado de ctodo.

Eltrons, que so cargas negativas, se afastam do plo positivo.

Dessa forma o plo positivo chamado de nodo.

Atuando como ctodo porque dele se

aproximam os eltrons

Atuando como nodo porque dele se

afastam os eltrons

Processo espontneo Pilha

Plo positivo

Plo negativo

Eltron Deslocamento espontneo

Plo positivo

Plo negativo

Eltron Deslocamento forado

Atuando como nodo porque dele esto se afastando os eltrons

Atuando como ctodo porque dele se

aproximam os eltrons

Processo no espontneo Eletrlise


04 Interpretando as Reaes de Oxireduo

4.A Reduo de Ctions Metlicos

Zn+2(aq) + 2 e Zn0(s) .... podemos imaginar uma soluo aquosa de ctions zinco recebendo

eltrons atravs de um material condutor, produzindo zinco slido...

4.B Oxidao de Metais

Zn0(s) Zn+2

(aq) + 2 e

No esquea:

Zn+2(aq) + 2 e Zn0(s) Zn

0(s) Zn

+2(aq) + 2 e

4.C Oxiredues

Nas reaes de oxi-reduo a variao da carga est relacionada quantidade eltrons transferidos.

Cu+2(aq) + Zn0

(s) Cu0

(s) + Zn+2

(aq)

Esses ctions zinco ganham eltrons e so retirados da soluo.

Com o tempo essa soluo torna-se menos concentrada em ctions zinco.

O metal zinco se forma medida que os ctions so retirados da soluo

Ocorre um acmulo de massa de zinco slido.

e

e

e

Zn+2(aq)

Ctions zinco esto se formando e mergulhando na soluo, aumentando cada vez mais a concentrao da soluo

aquosa de ctions zinco.

Os ctions no so slidos.

e e

Zn0(s)

Incio

Fim

Fim

Imagine agora uma placa de zinco slida perdendo eltrons e se desmanchado, se

desfazendo e caindo na soluo na forma de ctions...

(coitadinha da placa de zinco).

Nas equaes qumicas: eltron escrito nos reagentes significa

eltron absorvido

Zn0(s)

Zn+2

(aq)

Importante no esquecer: a 25oC e 1atm

O metal neutro slido.

O ction metlico aquoso.

Nas equaes qumicas: eltron escrito nos produtos significa

eltron liberado

Zn+2(aq)

e

e

e

Zn+2(aq)

Zn+2(aq) Zn+2(aq) Incio

O ction cobre ganhou 2 e.

O metal zinco perdeu 2 e.

1 mol de metal zinco perdeu 2 mol de eltrons para 1 mol de ctions cobre


05 Tabela de Potenciais de Reduo

Expressa matematicamente a tendncia relativa de ganhar eltrons das espcies qumicas.

A+3(aq) + 3 e A (s) Ered = 1,66 volts

Fe+2

(aq) + 2 e Fe(s) Ered = 0,44 volts

Ag+1

(aq) + 1 e Ag(s) Ered = + 0,80 volts

O ction alumnio em comparao com os demais ctions...

O ction alumnio apresenta a menor tendncia de ganhar eltrons (menor potencial de reduo). Conseqentemente apresenta um elevado potencial de oxidao, ou seja, possui forte tendncia de ceder

eltrons para as demais espcies desta tabela. A(s) A+3

(aq) + 3 e Eoxid = + 1,66 volts

Se o ction alumnio tem forte tendncia de sofrer oxidao, deve ser um bom agente redutor.

Com relao ao ction prata comparado aos demais ctions da tabela acima....

O ction prata apresenta a maior tendncia de ganhar eltrons (maior potencial de reduo). Conseqentemente apresenta um baixo potencial de oxidao, ou seja, no tende a ceder eltrons para as demais espcies desta tabela (deve ser um bom agente oxidante).

Vamos nos certificar de que voc entendeu. Para isso considere uma lmina de alumnio adequadamente interligada a uma lmina de ferro (considere as lminas mergulhadas em solues aquosas de seus sais).

Comentrios Adicionais:

Reao andica: A0(s) A+3

(aq) + 3 e Eoxi = + 1,66 volts (O metal A(s) cede eltrons e sofre oxidao).

Reao catdica: Fe

+2(aq) + 2 e

Fe0(s) Ered = 0,44 volts (O nion Fe+2

(aq) absorve eltron e sofre reduo). Importante: Para se obter a equao global deve-se igualar o nmero de eltrons das duas reaes parciais porque a

quantidade de eletros cedidos igual quantidade de eltrons recebidos.

2 A0(s) 2 A+3

(aq) + 6 e Eoxi = + 1,66 volts

3 Fe+2(aq) + 6 e

3 Fe0(s) Ered = 0,44 volts

Reao global: 2 A0(s) + 3 Fe+2

(aq) 2 A+3

(aq) + 3 Fe0

(s) E = + 1,22 volts Leitura dessa reao global: 2 mols de alumnio slido cedem 6 mols de eltrons para 3 mols de ctions ferro...

e e

Os ctions Fe+2(aq) tendem a ganhar eltrons.

Os ctions Fe+2(aq) sofrem reduo. Atuam como agente oxidante. Ctodo do sistema espontneo. Polo positivo do sistema espontneo. Haver um acmulo de massa sobre a placa de ferro.

Os tomos metlicos A(s) tendem a perder eltrons. Os tomos de A(s) sofrem oxidao. Atuam como agente redutor. nodo do sistema espontneo. Polo negativo do sistema espontneo. Haver uma corroso ou perda de massa da placa de alumnio.

+

Fe+2(aq) Fe+2

(aq)

Perceba que os potenciais no foram multiplicados ao se multiplicar cada reao.

e

Maior ERed (Tende a ganhar e)

Menor ERed (Tende a perder e)

Considerando que...

A+3(aq) + 3 e A(s) Ered = 1,66 volts

Fe+2(aq) + 2 e

Fe(s) Ered = 0,44 volts A(s)

A+3(aq)

A+3(aq)

A+3(aq) A+3(aq)

A+3(aq)

A+3(aq)

A(s)

A(s)

Fe(s)

Fe+2(aq)

Fe+2(aq) Fe+2(aq)

Fe+2(aq)


01 (UFPE 1a fase/2001) As pilhas de nquel-cdmio, que viabilizaram o uso de telefones celulares e computadores

portteis, so baseadas na seguinte reao:

Cd(s) + NiO2(s) + H2O(l) Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s).

Considerando este processo, quantos mols de eltrons so produzidos por mol de cdmio consumido?

a) 0,5 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4

02 (UFPE Vitria e Caruaru/2007) A histria das pilhas antiga. Em 1600, Otto Von Guericke inventou a primeira mquina para produzir eletricidade. Os outros pesquisadores como Galvani, Volta e Daniell tambm se dedicaram ao desenvolvimento de clulas eletroqumicas. A clula de Daniell (ou pilha de Daniell) um exemplo antigo de clula galvnica. Ela foi inventada pelo qumico britnico John Daniell, em 1836. Esta clula pode ser descrita resumidamente pela figura a seguir:

Nesta clula o eletrodo de zinco denominado nodo ( Zn(s) Zn2+ + 2 e),

e o eletrodo de cobre o ctodo ( 2 e + Cu2+ Cu(s)). Neste sistema, o Zn(s) e o Cu

2+ sofrem, respectivamente, um processo de:

a) oxidao e reduo. c) reduo e reduo. e) reduo e neutralizao. b) reduo e oxidao. d) oxidao e oxidao.

03 (UFRPE Garanhuns e Serra Talhada/2008.2) Objetos de prata escurecem, principalmente, devido formao do sulfeto de prata, Ag2S. Eles podem ser limpos eletroquimicamente, sem perda da prata, mergulhando-os em um recipiente de alumnio contendo soluo quente de bicarbonato de sdio. Nesse processo, a prata e o Ag2S atuam como o ctodo, e o alumnio como o nodo de uma pilha.

Assinale a semi-reao que ocorre no ctodo.

a) Ag2S + 2 e 2 Ag(s) + S

2(aq) d) Ag2S 2 Ag(s) + S(s)

b) Ag2S + 2 e 2 Ag(s) + S(s) e) Ag2S 2 Ag(s) + S

2(aq)

c) Ag2S 2 Ag(s) + S2

(aq) + 2 e

04 (UPE Qu. I/2010) Sabe-se que objetos de prata perdem o brilho pelo contato com o oxignio e com compostos sulfurados presentes na atmosfera. O processo de escurecimento consiste na formao sobre a superfcie do objeto de uma camada de sulfeto de prata que lentamente se deposita com o passar do tempo. Verificou-se que, imergindo o objeto de prata escurecido em um recipiente revestido com papel alumnio, contendo uma soluo de cloreto de sdio, ele volta ao brilho original. CORRETO afirmar que, no processo de limpeza da superfcie metlica do objeto, ocorre a reao representada pela equao:

Dados: { Ag2S(S) + 2 e 2 Ago(S) + S

2(aq) E

0 = 0,70V } { A+3(aq) + 3 e A0(S) E = 1,68V }

a) Ag2S(S) + A0

(S) 2 Ag1+

(aq) + A+3

(aq) + S2

(aq) b) Ag2S(S) + 2 A

0(S) Ag

1+(aq) + S

2(aq) + 2 A

+2(aq)

c) 3 Ag2S(S) + 2 A0

(S) 6 Ag0

(S) + 2 A+3

(aq) + 3 S2

(aq) d) Ag2S(S) + A

0(S) 2 Ag

0(aq) + A

+3(aq) + S

0(aq)

e) 3 Ag2S(S) + 2 A3+

(aq) 6 Ag0

(aq) + 2 A0

(aq) + 3 S2

(aq)

Zn+2

(aq) Cu+2

(aq)

Zinco Cobre

Eltrons

Testes de Vestibulares


05 (Enem 1a prova/2009) Pilhas so dispositivos to comuns em nossa sociedade que, sem percebermos, carregamos

vrios deles juntos ao nosso corpo; elas esto presentes em aparelhos MP3, relgios, rdios, celulares etc. As semireaes descritas a seguir ilustram o que ocorre em uma pilha de xido de prata.

Zn(S) + 2 OH (aq) ZnO(S) + H2O() + 2 e

Ag2O(S) + H2O() + 2 e 2 Ag(S) + 2 OH

(aq)

Podemos afirmar que esta pilha

a) uma pilha cida. b) apresenta xido de prata como o nodo. c) apresenta o xido de zinco como o agente oxidante. d) tem como reao da clula a seguinte reao: Zn(S) + Ag2O(S) ZnO(S) + 2 Ag(S). e) apresenta fluxo de eltrons na pilha do eletrodo de Ag2O para o Zn.

06 (UFPE 1a fase/94) A tabela abaixo apresenta os potenciais padro de reduo de alguns elementos.

Li+ + e Li 3,05 V

A+3 + 3 e A 1,66 V Zn

+2 + 2 e

Zn 0,77 V

Fe+2

+ 2 e Fe 0,41 V

Cu+2 + 2 e Cu + 0,34 V

Qual desses elementos mais facilmente oxidado?

a) Li b) A c) Zn d) Fe e) Cu

07 (UFPE 1a fase/89) Mergulhando uma lmina de zinco numa soluo contendo ctions Cu++, ocorre a seguinte reao:

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

(aq)

Assinale a alternativa correta:

a) O ction cobre o redutor porque se reduz. d) O ction cobre o oxidante porque se reduz. b) O zinco o redutor porque se reduz. e) O zinco o oxidante porque se oxida. c) O zinco o oxidante porque se reduz.

08 (UFPE 2a fase/2000) Uma pilha construda associando-se uma semiclula com um eletrodo de A em soluo de

A+3 e uma semiclula com eletrodo de Ag em soluo de Ag+. Qual a massa perdida pelo eletrodo de alumnio quando 1,0 mol de Ag

+ reduz-se a prata metlica ?

(Dado: A = 27 g/mol)

Resolues de Testes Comentrios Adicionais


06 Pilha de Danniel Pilha ou clula galvnica a denominao dada ao dispositivo que aproveita a transferncia de eltrons, em uma reao de oxi-reduo, para propiciar, assim, o aparecimento de uma corrente eltrica atravs de um fio condutor.

Pilha = Dispositivo que converte energia qumica em energia eltrica.

A Pilha de Daniel formada por um eletrodo de zinco e outro eletrodo de cobre... Dados os potenciais de reduo dos ctions zinco e cobre...

Zn+2(aq) + 2 e Zn(s) Ered = 0,76 volts (Menor Ered = ocorrer o inverso da reao)

Cu+2(aq) + 2 e Cu(s) Ered = + 0,34 volts (Maior Ered = tender a atrair e

, puxar e

)

6.A Estado Inicial da Pilha

6.B Estado Final da Pilha

6.C Notao da Pilha

e e

CuSO4 1,0 M

ZnSO4 1,0 M Zn

+2(aq) Cu+2(aq)

SO42

(aq)

SO42

(aq)

e e

No eletrodo de zinco:

O metal zinco perde eltrons... nodo da pilha Plo negativo

O metal zinco se oxida (agente redutor) Sofrer corroso ou perda de massa

No eletrodo de cobre:

O ction cobre ganha eltrons... Ctodo da pilha

Plo positivo O ction cobre se reduz (agente oxidante)

Sofrer acmulo de massa

Zn0

(s) / Zn+2

(aq) // Cu+2

(aq) / Cu0

(s)

Polo negativo, oxidao: nodo

Ctodo: polo positivo, reduo.

Ponte Salina

Ir atrair eltrons = ser o ctodo.

Ir ceder eltrons = ser o nodo.

Zn(s) + Cu+2

(aq) Zn+2

(aq) + Cu(s)

SO42

(aq) Zn+2

(aq)

SO42

(aq)

Cu+2

(aq)

Zn(s)

e e

e

e

e e

Zn(s) Cu(s)

A soluo aquosa torna-se mais concentrada em ctions Zn

+2(aq)

A soluo aquosa torna-se menos concentrada em ctions Cu+2(aq)

Baixo potencial de reduo Elevado potencial de oxidao


07 Ponte Salina

Composio Tubo de vidro encurvado contendo uma substncia gelatinosa (ou algodo) saturada com uma soluo salina (Ex.: KNO3).

Objetivo Manter a neutralidade da pilha, permitindo o fluxo de cargas (ons) entre os eletrodos. A ponte salina evita o acmulo de cargas nas solues dos eletrodos.

Fluxo de Cargas na Ponte Salina

Ctions = Migram em direo ao ctodo nions = Migram em direo ao nodo

Importante:

Concentrao de ctions no nodo = Aumenta com o tempo. Concentrao de nions no ctodo = Diminui com o tempo.

Observaes: Fluxo de eltrons = do nodo para o ctodo Corrente eltrica = do ctodo para o nodo

O sentido convencional da corrente eltrica o inverso do sentido real do fluxo de eltrons. Importante: A ponte salina tambm pode ser uma membrana semi-permevel.

e e

Zn+2

(aq)

Cu+2(aq)

SO42

(aq) SO4

2(aq)

Ctions Zn+2 so lanados na soluo. Para evitar o acmulo de cargas positivas, esses ctions migram pela ponte salina.

Ctions Cu+2 so retirados da soluo. Para evitar o excesso de cargas negativas (SO4

2), esses nions migram pela ponte salina.

Zn0(s)

Zn+2(aq)

Ctodo Polo (+)

nodo Polo () Cu

0(s)

Ctions (Zn+2

)

nions (SO42)

Ponte Salina: Membrana

semi-permevel

Perceba que, no circuito interno da pilha (ponte salina), a corrente eltrica no um fluxo de eltrons. Dentro da pilha a corrente eltrica o movimento de ons. X+(Aq)

Y-(Aq)

e

e


08 Determinao da DDP

8.A Determinao da Equao da Pilha

A equao da pilha obtida da seguinte forma:

1o ) Repete-se a equao da espcie com maior potencial de reduo, determinando-se a reao catdica.

2o

) Inverte-se o sentido da equao com menor potencial de reduo, determinando-se a reao andica. Neste caso o sinal do potencial de reduo deve ser invertido, passando a ser agora um potencial de oxidao.

3o ) Ajusta-se o nmero de eltrons das duas equaes multiplicando-as por valores que igualem as quantidades de eltrons. Os potenciais padro de reduo e de oxidao no so multiplicados nem divididos.

4o ) As equaes so somadas, cancelando-se os eltrons cedidos e recebidos. A equao obtida corresponde equao

de descarregamento da pilha, pois quando a pilha funciona ela se descarrega. Importante: Ao somar as equaes, andica e catdica, o somatrio dos potenciais das duas equaes fornecer a

diferena de potencial (DDP) da pilha.

No caso da Pilha de Daniel (Zn e Cu)

Zn+2(aq) + 2 e Zn (s) Ered = 0,76 volts

Temos: Cu+2(aq) + 2 e

Cu(s) Ered = + 0,34 volts

Zn (s) Zn

+2(aq) + 2 e

Eoxi = + 0,76 volts Cu+2(aq) + 2 e

Cu(s) Ered = + 0,34 volts

Importante: Dada a equao da pilha:

Zn(s) + Cu+2

(aq) Zn+2

(aq) + Cu(s)

8.B Determinao do Potencial da Pilha

A DDP da pilha (E ou fora eletromotriz) pode ser determinada pela seguinte equao:

Funcionamento da pilha = descarregamento

Carregamento da pilha

Reao direta

Reao inversa

Cuidado: nessa expresso devem ser utilizados os dois potenciais de reduo que foram dados originalmente para os dois materiais empregados na montagem da pilha.

O clculo pode ser realizado tambm com os dois potenciais de oxidao, caso esses sejam fornecidos.

No caso da pilha de Danniel, onde os potenciais de reduo so 0,76 e + 0,34, a expresso do E ser...

E = Emaior EMenor E = (+0,34) (0,76) E = + 1,10 V

Menor potencial A equao ser invertida

Maior potencial A equao ser mantida como est.

Zn(s) + Cu+2

(aq) Zn+2

(aq) + Cu(s) Reao global

E = Emaior EMenor

DDP da pilha ou fora eletromotriz E = + 1,10 volts

E = Eoxidao + Ereduo

Reao andica

Reao catdica

Conhecendo-se as reaes andica e catdica com seus respectivos potenciais de oxidao e reduo, a DDP da pilha pode ser determinada pela soma desses potencias.

Para vrias pilhas associadas em srie os potenciais se somam Para 1 pilha zinco/cobre.


01 (UFPE 2a fase/2003) O desenvolvimento de novas baterias recarregveis importante para a miniaturizao de

equipamentos portteis (celulares) e mdicos (marca-passos). A escolha dos materiais ativos destas baterias envolve inmeras variveis, como, diferena de potencial gerada, toxicidade, custo etc. Considere o esquema de uma pilha apresentado abaixo e os dados de potenciais padro de eletrodos (E0), do quadro a seguir:

Com relao a esta pilha, aps o interruptor ser fechado, julgue as afirmativas abaixo se baseando nos dados de potencial padro:

I II 0 0 quando M = Zn(s), o alumnio se reduzir 1 1 quando M = Ag(s), o voltmetro marcar o valor 0,86 V 2 2 quando M = Mg(s), ocorrer um fluxo de eltrons do eletrodo de Mg para o de Al 3 3 quando M = Pb(s), o eletrodo de Pb ser consumido 4 4 quando M = Cu(s), a seguinte semi-reao ocorrer: Cu(s) Cu

2+(aq) + 2 e

02 (UFPE 1a fase/2005) Podemos dizer que, na clula eletroqumica

Mg(s) Mg2+

(aq) Fe2+

(aq) Fe(s) :

a) o magnsio sofre reduo. b) o ferro o nodo. c) os eltrons fluem, pelo circuito externo, do magnsio para o ferro. d) h dissoluo do eletrodo de ferro. e) a concentrao da soluo de Mg

2+ diminui com o tempo.

03 (UFPE 2

a fase/99) Uma clula eletroqumica constituda por uma meia clula, com uma placa de Cd em soluo

1.0M de Cd+2

(aq) e outra meia clula, com uma placa de Ag em soluo 1,0M de Ag+

(aq). Os potenciais padro de meia clula so dados abaixo, em relao ao eletrodo padro de hidrognio:

Cd+2(aq) + 2 e Cd(s)

O = 0,4 V

Ag+(aq) + e Ag(s)

O = + 0,8 V

Qual a diferena de potencial, em volts, que se obtm pela associao em srie de dez dessas clulas ?

04 (UFPE 2a fase/2002) A pilha secundria ou bateria de sdio-enxofre, utilizada no carro eltrico Ford Ecostar, uma das mais intrigantes, pois os reagentes so lquidos e o eletrlito slido. As semi-reaes e seus potenciais de reduo padro so, respectivamente,

Na+ + e

Na 2,7 V

S8 + 16 e 8 S2 0,5 V

Qual o potencial, em Volts, gerado pela associao em srie de cinco destas baterias (pilhas secundrias)?

Semi-reao E0 (V)

Ag+

(aq) + e Ag(s) +0,80

Cu2+(aq) + 2e Cu(s) +0,34

2H+(aq) + 2e H2(g) 0,00

Pb2+(aq) + 2e Pb(s) 0,13

Sn2+(aq) + 2e Sn(s) 0,14

Zn2+(aq) + 2e Zn(s) 0,76

Al3+

(aq) + 3e Al(s) 1,66

Mg2+

(aq) + 2e Mg(s) 2,36



05 (UFPE 2a fase/2001) Neste ano comemoramos o bicentenrio da inveno da pilha feita pelo italiano Alessandro

Volta. Os princpios das pilhas, baterias e acumuladores continuam os mesmos, mas os avanos tecnolgicos nesse campo foram significativos. Atualmente, as baterias recarregveis de ltio esto-se tornando importantes, principalmente devido ao seu potencial econmico e s vantagens ambientais. Pode-se construir uma destas baterias, baseando-se nas semi-reaes indicadas a seguir, juntamente com seus respectivos potenciais padro de reduo (E0):

Li+

(aq) + e

Li(s) E0 = 3,05 V,

Cu2+(aq) + 2 e Cu(s) E0 = +0,35 V.

Sobre esta bateria, pode-se afirmar que:

I II 0 0 Nas condies padro, esta bateria gera uma diferena de potencial de +3,40 V. 1 1 Durante o seu carregamento, ons cpricos so formados. 2 2 A equao qumica balanceada que descreve esta bateria :

Cu2+(aq) + Li(s) Cu(s) + Li+

(aq). 3 3 Durante o seu funcionamento, o eletrodo de ltio metlico consumido. 4 4 Esta bateria produz um mol de eltrons por mol de ltio metlico.

06 (UFPE 2a fase/91) Abaixo esto representadas, em notao simblica, duas pilhas com seus respectivos potenciais

padro (O).

A(s) / A+3

(aq) // Fe+3

(aq) / Fe+2

(aq) O = 3,00 V

Fe+2(aq) / Fe+3

(aq) // H2O2() / H2O() O = 1,00 V

Qual a diferena de potencial , em volts, fornecido por 10 pilhas A(s) / A+3

(aq) // H2O2() / H2O() associadas em srie ?

07 (UFPE 1 fase/2009) Solues de dicromato de potssio (K2Cr2O7), juntamente com cido sulfrico, tm sido tilizadas, na lavagem de vidrarias de laboratrio, particularmente, por serem sistemas bastante oxidantes. O produto da reao de oxidao do on dicromato em meio cido o on Cr3+. Sobre este sistema, podemos afirmar que:

a) na equao balanceada, para a semi-reao de reduo do on dicromato em meio cido, 3 eltrons so transferidos por cada mol de dicromato reduzido.

b) o on cromo (III) deve ser um agente redutor forte. c) em soluo de pH 3, o poder oxidante do dicromato deve ser maior que em pH 1. d) o estado de oxidao do cromo, no dicromato de potssio, +7. e) o potencial de reduo padro do on dicromato deve ser maior que do on H+.

08 (UNICAP Qu. I/98) Analisando a pilha abaixo, podemos afirmar que seguem.

I II 0 0 A oxidao ocorre em B. 1 1 A tem maior potencial de oxidao do que B. 2 2 Os eltrons fluem do polo positivo para o polo negativo. 3 3 A o nodo da pilha. 4 4 A soluo que contm o ction A+, medida que o tempo passa , vai se tornando mais concentrada.

09 (UFPE Vitria e Caruaru/2009.2) Uma Pilha Voltaica um dispositivo que utiliza reaes de xidoreduo para converter energia qumica em energia eltrica. No caso de uma pilha voltaica que opera com base em duas meias-reaes do tipo:

Cd2+(aq) + 2 e Cd(s) e Sn

2+(aq) + 2e

Sn(s),

O potencial-padro da pilha : Dados:E0red(Cd

2+|Cd) = 0,403 V; E0red(Sn2+|Sn) = 0,136 V

a) 0,267 V b) +0,267 V c) 0,534 V d) 0,539 V e) +0,539 V

B

A+

A

B+


10 (UNICAP Qu. II/2001) Analisando a pilha abaixo, podemos afirmar que seguem.

I II 0 0 Em geral, a reduo catdica ocorrer com o ction de menor potencial padro de reduo. 1 1 Pilhas galvnicas (voltaicas) so sistemas onde h produo de corrente eltrica atravs de reaes de oxi-

reduo. 2 2 Em uma pilha M / M2+ // B+ / B, no nodo, a concentrao de M2+ vai aumentando medida que o tempo

passa. 3 3 Em uma eletrlise, as massas de substncias depositadas ou liberadas nos eletrdos so inversamente

proporcionais quantidade de corrente eltrica que atravessa o sistema. 4 4 A semi-reao Cu0 Cu+ + e apresenta potencial padro igual a 0,52 volts. Assim, o potencial padro

prea a semi-reao 3 Cu0 3 Cu

+ + 3 e

1,56 volts.

11 (FESP PE/89) Considere as semireaes abaixo:

Potencial padro de reduo (Volts)

Ag+ + 1e

Ag

0 + 0,80

F2 + 2e 2F + 2,87

Li+ + 1e

Li

0 3,05

Cr3+

+ 3e

Cr0 0,74

Br2 + 2e 2Br- + 1,09

Entre as espcies Ag0, F-, Li0, Br- e Cr0 pode-se afirmar que o pior agente redutor :

a) F b) Ag c) Li d) Br- e) Cr

12 (Covest Asces/2009) As pilhas secas de xido de mercrio apresentam a grande vantagem de manter a voltagem constante durante a descarga e, por essa razo, so usadas em instrumentos sensveis como aparelhos de surdez. As duas semi-reaes dessa pilha so:

HgO(s) + H2O() + 2 e Hg() + 2 OH

(aq)

Zn(s) + 2 OH

(aq) ZnO(s) + H2O() + 2 e

Se o potencialpadro da clula 1,350 V, e o potencialpadro da reao catdica 0,098 V, qual o potencialpadro da reao andica?

a) 1,448 V b) 1,374 V c) 1,252 V d) 0,489 V e) 0,157 V

13 (UPE EAD/2012) Um experimento utilizando limes foi realizado em uma sala de aula. Dois pedaos de metais diferentes - cobre e zinco - foram cravados em um limo e conectados com um fio. Repetiu-se esse procedimento em outros dois limes. Em seguida, os seis eletrodos foram conectados entre si, na seguinte srie: cobre-zinco-cobre-zinco-cobre-zinco. Depois, os eletrodos das extremidades foram conectados a uma pequena calculadora, fazendo-a funcionar por alguns minutos. Todas as conexes foram realizadas com um fio de cobre.

Algumas consideraes so feitas com base nesse experimento. Analise-as a seguir:

I. Os constituintes qumicos dessa bateria so idnticos aos das baterias automotivas. II. O relgio funcionaria por um tempo bem maior, caso os eletrodos fossem constitudos, apenas, de um tipo de

elemento qumico. III. O limo contm ons positivos e negativos, que migram para os eletrodos, possibilitando o transporte de carga

eltrica no seu interior. IV. A corrente eltrica gerada a partir dos potenciais eltricos dos metais dos eletrodos e flui pelo circuito quando se

conectam os eletrodos calculadora. V. O material de um dos eletrodos se oxida espontaneamente, liberando eltrons, enquanto o material do outro

eletrodo se reduz, usando esses eltrons. Esto CORRETAS a) I, II e III. b) I, III e V. c) II, IV e V. d) II, III e IV. e) III, IV e V.


14 (UPE SSA 3 Ano/2011) Uma representao esquemtica de um experimento eletroqumico mostrada abaixo. Ele fornece condies suficientes para o acendimento de uma pequena lmpada.

Adaptado de http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/diaadia/diadia/arquivos/File/

livro_e_diretrizes/livro/quimica/Acesso em 18/06/2011.

Considerando-se os dados fornecidos acima, para que seja produzida uma maior voltagem a fim de acender a lmpada, as condies I, II, III, IV e V desse sistema podem ser completadas, de forma CORRETA e na mesma sequncia, pela opo

a) I nodo; II Ctodo; III Placa de zinco; IV Placa de cobre; V Soluo de NaC. b) I nodo; II Ctodo; III Placa de cobre; IV Placa de zinco; V Soluo de NaC. c) I nodo; II Ctodo; III Placa de zinco; IV Placa de cobre; V Soluo de CuSO4. d) I Ctodo; II nodo; III Placa de cobre; IV Placa de zinco; V Soluo de CuSO4. e) I Ctodo; II nodo; III Placa de zinco; IV Placa de cobre; V Soluo de CuSO4.



09 Anlise da Espontaneidade das Reaes de OxiReduo

Considere as seguintes reaes:

Ag0(s) + Li+

(aq) Ag+

(aq) + Li0

(s) Ag+

(aq) + Li0

(s) Ag0

(s) + Li+

(aq)

Qual dessas reaes deve ocorrer espontaneamente e por qu?

Para responder essa pergunta devemos observar os potenciais de reduo dos ctions Ag+(aq) e Li+

(aq).

Ag+(aq) + 1e Ag0(s) + 0,80 V

Li+(aq) + 1e Li0(s) 3,05 V

1 resposta: Se o ction Ag+(aq) apresenta o maior potencial de reduo ento ser espontnea a reao que apresentar o

Ag+(aq) nos reagentes sofrendo reduo.

Ser espontnea a reao Ag+(aq) + Li(s) Ag(s) + Li+

(aq).

Ser espontnea a reao que apresentar nos reagentes o ction de maior potencial de reduo.

2 resposta: Ser espontnea a reao que apresentar E > 0

Para determinar o E da 1 reao devemos somar as seguintes reaes...

Ag0(s) Ag+

(aq) + 1e 0,80 V

Li+(aq) + 1e Li0(s) 3,05 V

Ag0(s) + Li+

(aq) Ag+

(aq) + Li0

(s) E = 3,85 V E < 0 ...... Reao no espontnea

Porm para determinar o E da 2 reao...

Ag+(aq) + 1e Ag0(s) + 0,80 V

Li0(s) Li+

(aq) + 1e + 3,05 V

Ag+

(aq) + Li0

(s) Ag0

(s) + Li+

(aq) E = + 3,85 V E > 0 ...... Reao espontnea

10 Implicaes Termoqumicas

Sistema Diferena de potencial Variao da energia livre Espontaneidade

Pilha E > 0 G < 0 Espontneo

Eletrlise E < 0 G > 0 No espontneo

Comentrios Adicionais


01 (UFPE 2a fase/2005) Considerando os potenciais-padro a 25C

Semi-reao Potenciais-padro, E, V

Ag+(aq) + e Ag(s) 0,80

Cu2+(aq) + 2e Cu(s) 0,34

2 H+

(aq) + 2e H2(g) 0 (por definio)

Fe2+(aq) + 2e Fe(s) -0,44

Zn2+(aq) + 2e Zn(s) -0,76

e supondo todas as substncias no estado-padro:

I II 0 0 o on ferroso um oxidante em presena de zinco metlico, mas no reage com cobre metlico. 1 1 na pilha Cu Cu2+ Ag+ Ag o eletrodo de cobre o nodo, e o eletrodo de prata o ctodo. 2 2 o cobre metlico reage espontaneamente com uma soluo de cido clordrico. 3 3 o zinco metlico um agente redutor mais forte que o ferro metlico. 4 4 ao se mergulhar uma placa de ferro numa soluo de nitrato de prata, poder ocorrer a seguinte reao

espontnea:

Fe(s) + 2 Ag+

(aq) Fe2+

(aq) + 2 Ag(s) 02 (UFPE 2a fase/2006) O nio Pp pode participar de reaes de xido-reduo produzindo tanto o Pp2, quanto a

espcie neutra Pp, ambos incuos. Analisando a Tabela, avalie as afirmaes abaixo.

Ag+(aq) + e Ag(s) E

o = +0,80 V

Pp (aq) + e Pp2 (aq) E

o = +0,40 V Cu2+(aq)

+ 2 Cu(s) Eo = +0,34 V

Sn2+(aq) + 2e Sn(s) E

o = 0,14 V

Ni2+(aq) + 2e Ni(s) E

o = 0,23 V

Pp(aq) + e Pp (aq) E

o = 0,51V

Zn2+

(aq) + 2e

Zn(s) Eo = 0,76 V

I II 0 0 O potencial-padro para a reao de Pp com cobre metlico negativo, Eo = 0,06V. 1 1 A reao do Pp com o cobre ser espontnea. 2 2 A presena de ons Ni

2+ no meio poderia tornar o Pp

incuo.

3 3 A equao Pp (aq) + Sn(s) Pp2

(aq) + Sn2+

(aq) est balanceada. 4 4 O on Pp pode sofrer tanto oxidao quanto reduo, dependendo das condies. Resposta: FVVFV

03 (UFPE 1a fase/2006) O cido ascrbico, mais conhecido por vitamina C, uma substncia que apresenta atividade

redox. Sendo o potencial de reduo do cido ascrbico, em pH 7, igual a 0,06 V, podemos compar-lo com outras substncias conhecidas, cujos potenciais de reduo a pH 7 so tambm apresentados:

O2(g) + 4e + 4H+(aq) 2H2O(l) E = 0,816 V

Fe3+

(aq) + e Fe

2+ (aq)

E = 0,77 V

2H+(aq) + 2e H2(g) E = 0,42 V

Com base nessas informaes, podemos afirmar que o cido ascrbico deve ser capaz de: a) Reduzir o on Fe

3+. b) Oxidar o on Fe

2+. c) Oxidar o O2. d) Reduzir a gua. e) Oxidar o on H

+.



11 Eletrodo Padro

O eletrodo de hidrognio foi escolhido como eletrodo padro. Este eletrodo constitudo por uma soluo 1,0 M de cido, contendo uma lmina de platina... Para o eletrodo padro de hidrognio foi adotado potencial igual a zero.

Quando um eletrodo apresentar potencial de reduo maior que o potencial de reduo do hidrognio, esse potencial ter sinal positivo. No caso dos eletrodos com potenciais de reduo menores que do hidrognio, seus valores sero negativos.

O POTENCIAL DE ELETRODO , por definio, um POTENCIAL DE REDUO. Potencial de oxidao o potencial de uma semi-reao escrita no sentido oposto. O sinal ser oposto quele de reduo, mas a MAGNITUDE DELE SER IDNTICA.

11.A A Influncia das concentraes no potencial de eletrodo

O efeito da concentrao na voltagem pode ser calculado a partir da EQUAO DE NERNST. Segundo Nerst, sendo o potencial de eletrodo uma medida da fora qumica propulsora de uma semi-reao, ele deve ser afetado pela concentrao. Assim, apenas como exemplo, a tendncia dos ons Cu+2(aq) a serem reduzidos para Cu

0(s) elementar

MUITO MAIOR em solues concentradas que em solues diludas. Considerando que durante o funcionamento da pilha ocorrem variaes nas concentraes de ctions nas

solues dos eletrodos, entendemos que a DDP da pilha no se mantm constante durante o seu funcionamento, tendendo a diminuir.

12 Equilbrio Qumico da Pilha

O funcionamento de uma pilha explicado atravs de reaes reversveis. Considerando que toda reao reversvel, em sistema fechado, caminha para um estado de equilbrio, podemos afirmar que, durante seu funcionamento, a pilha tende a um estado de equilbrio qumico.

Um voltmetro mede, durante todo tempo de funcionamento da pilha, a diferena de potencial, ddp, entre os dois metais. Esta ddp uma medida da tendncia da reao na clula a ocorrer desde uma condio de NO-EQUILBRIO para um ESTADO DE EQUILBRIO

medida que a reao se processa, esta tendncia, e tambm o potencial, diminuem continuamente e se aproximam de zero conforme se aproxima o estado de equilbrio da reao global.

Tomando a pilha de Danniel como exemplo, quando E = 0 V, as concentraes de Cu+2 e Zn+2 tero valores que satisfazem a expresso da constante de equilbrio:

Keq = ][

]Zn[2

2

Cu

Neste ponto, no mais ocorrer fluxo lquido de eltrons.

Quando a pilha atinge o estado de equilbrio qumico no h corrente eltrica.

H2(g)

Platina

H+(aq)

Eletrodo padro de hidrognio: EO = 0 H2(g) 2 H

+(aq) + 2 e

-

PH2 = 1 atm [ H

+ ] = 1,0 M

T = 25oC

Condies padro


04 (UFPE 2a fase/95) Considere uma cela galvnica formada por semicelas padro de cobre e de zinco, cujos potenciais

de reduo so os seguintes:

Cu+2 + 2 e Cu O = + 0,34 V

Zn+2

+ 2 e Zn

O = 0,77 V

correto afirmar que:

I II 0 0 Os eltrons no circuito externo fluiro do eletrodo de cobre para o eletrodo de zinco. 1 1 O potencial padro da cela 0,42 V. 2 2 Quando o equilbrio for atingido no haver diferena de potencial entre os eletrodos. 3 3 Os ons zinco so reduzidos a zinco metlico. 4 4 O eletrodo de cobre o ctodo.

05 (UFPE 2a fase/94) A tabela abaixo apresenta os potenciais padro de reduo de alguns elementos.

Li+ + e Li 3,05 V

A+3 + 3 e A 1,66 V

Zn+2 + 2 e Zn 0,77 V

Fe+2 + 2 e Fe 0,41 V

Cu+2 + 2 e Cu + 0,34 V

Com base nestes dados, podemos afirmar:

I II 0 0 A fora eletromotriz de uma pilha Li / Li+(1,0 M) // Cu++(1,0 M) / Cu 3,39 V. 1 1 Em uma pilha A / A+++(1,0 M) // H+(1,0 M) / H2 ocorre reduo do A

+++ a A. 2 2 A fora eletromotriz fornecida pela pilha A / A+++(1,0 M) // H+(1,0 M) / H2 maior que a fornecida pela pilha Li /

Li+(1,0 M) // Cu++(1,0 M) / Cu. 3 3 Em uma pilha H2 / H

+(1,0 M) // Cu++(1,0 M) / Cu ocorre oxidao do H2 a H+.

4 4 Li o mais poderoso redutor entre os elementos relacionados na tabela acima.

06 (FESP UPE/97)

I II 0 0 Uma pilha voltica um dispositivo que possibilita a obteno de corrente eltrica, atravs de uma reao de

dupla-troca, no espontnea. 1 1 A reao que ocorre na descarga de uma pilha espontnea e acompanhada de liberao de energia livre. 2 2 Na pilha de DANIELL, h o transporte de dois mols de eltrons dos tomos de cobre para os ctions de zinco. 3 3 O eletrodo padro de hidrognio uma semipilha constituda por uma lmina de platina mergulhada numa

soluo 1mol/L de hidrxido de sdio. 4 4 Na pilha de DANIELL, quanto maior for a concentrao dos ctions zinco, maior ser a voltagem da pilha.

07 (UFPE CTG/2011.2) Observando os potenciais padro de reduo apresentados abaixo,

O2(g) + 4H+

(aq) + 4e 2 H2O() E

0 = 1,23 V 2 H+(aq) + 2 e

H2(g) E0 = 0 V

Zn2+(aq) + 2 e Zn(s) E

0 = 0,76 V 2 H2O() + 2 e

H2(g) + 2 OH

(aq) E0 = 0,83 V

Li+(aq) + e Li(s) E

0 = 3,0 V

podemos afirmar que:

I II 0 0 o on ltio um agente oxidante mais forte que o on hidrognio. 1 1 o zinco metlico um agente redutor mais forte que o ltio metlico. 2 2 a gua um agente redutor mais fraco que o hidrognio molecular. 3 3 uma clula com um ctodo contendo on hidrognio e um nodo de zinco deve apresentar um potencial padro

de clula maior que zero. 4 4 o ltio metlico deve reagir espontaneamente com gua e produzir gs hidrognio.



13 Aplicaes no Cotidiano

13.A Metal de Sacrifcio

Metal que protege outros metais da oxidao (corroso).

O metal de sacrifcio deve apresentar um potencial de oxidao maior que o potencial de oxidao do metal a ser protegido.

Dessa forma o metal de sacrifcio fornece eltrons ao metal protegido, impedindo-o de sofrer oxidao (corroso).

Exemplo: O magnsio pode proteger da oxidao uma tubulao de ferro exposta a umidade do ambiente...

Mg2+(aq) + 2e Mg(s) E(red) = 2,36 Mg(s) Mg

2+(aq) + 2e

E(oxid) = +2,36 V

Fe+2(aq) + 2 e Fe(s) E(red) = 0,41 V Fe(s) Fe

2+(aq) + 2e

E(oxid) = +0,41 V

13.B Soluo Aquosa em Recipiente Metlico

Soluo de uma espcie qumica com potencial de reduo maior que o potencial do recipiente metlico:

Soluo de uma espcie qumica com potencial de reduo menor que o potencial do recipiente metlico:

M+(aq)

M+(aq)

X+(aq)

X+

(aq)

A soluo corri o recipiente metlico.

A soluo fica contaminada pelo metal que constitui o recipiente.

Com o passar do tempo os ctions da soluo aquosa passam a revestir as paredes internas do recipiente metlico.

Recipiente de metal M

X0(s)

Fe(s)

Mg(s)

e

O Mg fornece eltrons sofrendo oxidao, ou seja, o magnsio se desgasta, sofre corroso (por isso chamado metal de sacrifcio) ...

Mg(s) Mg+2

(aq) + 2 e

Com esse fornecimento de eltrons, o Mg abastece o Fe com eltrons, impedindo que a tubulao sofra oxidao.

e

O Ferro recebe eltrons sofrendo reduo...

Fe+2(aq) + 2 e

Fe(s)

Com esse recebimento de eltrons, a tubulao de ferro est protegida da corroso.

M

O magnsio tem potencial de oxidao maior que o ferro. Ento o magnsio pode proteger o ferro, doando eltrons para o ferro.

Soluo com ctions de elevado potencial de reduo


08 (UPE Seriado 3 Ano 1 dia/ 2010) Duas barras de ferro, uma revestida com uma camada de zinco, e a outra, com

uma camada de estanho, so riscadas e colocadas ao relento. Em relao corroso a que as barras de ferro esto sujeitas, CORRETO afirmar que

(Os potenciais padro de reduo do Zn, Sn e Fe so, respectivamente , 0,76V, - 0,14V e 0,44V.)

a) o zinco age sobre a barra de ferro riscada, impedindo que a corroso, uma vez iniciada, continue. b) o zinco s age como inibidor de corroso, se a barra de ferro no for riscada. c) o estanho um redutor mais eficiente que o zinco, razo pela qual a barra de ferro riscada revestida com estanho

no se oxida. d) de se esperar que a corroso, uma vez iniciada, continue, independentemente de o revestimento ser de zinco ou

estanho. e) em ambiente marinho, na presena da gua do mar, a corroso da barra de ferro inibida pela ao qumica dos

cloretos. 09 (UPE Seriado 2 Ano/2010) Entre as afirmativas abaixo relacionadas ao estudo da eletroqumica, assinale a

alternativa VERDADEIRA.

a) O potencial padro de reduo da prata +0,80V, e o do Zinco 0,76V. Isso significa que o ction prata em soluo aquosa, na presena de uma chapa de zinco, ser reduzido prata metlica.

b) O eletrodo padro de hidrognio consiste em uma placa de zinco mergulhada numa soluo 1 mol/L de ons Zn2+ a 25oC.

c) Na pilha de Daniell, sempre a reao de reduo ocorre no nodo, e a de oxidao, no ctodo. d) Os potenciais eletroqumicos independem da natureza dos reagentes e dos produtos da reao, dependendo,

apenas , das quantidades de materiais consumidos. e) O processo de enferrujamento de uma pea metlica requer inicialmente que esta esteja seca, em ambiente no

mido e sem contato direto com o oxignio do ar. 10 (UNICAP Qu. I/2002) Segundo os potenciais de reduo abaixo

Zn2+(aq) + 2 e Zn0(s) E

0 = 0,76 V.

Cu2+

(aq) + 2 e Cu

0 (s) E

0 = +0,34 V.

I II 0 0 Uma soluo de sulfato cprico pode ser armazenada num tanque de zinco sem risco de reao qumica; 1 1 A pilha formada por zinco e cobre ter uma voltagem negativa; 2 2 Existindo uma tubulao de cobre, o zinco poderia ser utilizado como metal de sacrifcio; 3 3 A reao Cu0(s) + Zn

2+(aq) Zn

0 (s) + Cu

2+(aq) tem um potencial negativo; isto implica que a reao jamais

ocorrer; 4 4 Na pilha Zn0 (s) / Zn

2+(aq) // Cu

2+(aq) / Cu

0(s) , o zinco metlico ir se oxidar e ser a espcie consumida no processo.




14 Pilhas e Baterias Comerciais

As pilhas se tornaram to importantes em nosso cotidiano que merecem um estudo especial. So elas as responsveis pelo funcionamento de computadores portteis, relgios, telefones, calculadoras, rdios, e at na medicina, em marca-passos cardacos.

14.A Pilha de Leclanch A pilha seca cida foi desenvolvida em 1866, pelo qumico francs George Leclanch (1839-1882). Ela a pilha mais comum hoje em dia, pois a mais barata e a mais usada em lanternas, rdios, equipamentos portteis e aparelhos eltricos como gravadores, flashes e brinquedos. Essa pilha na verdade no seca, pois dentro dela h uma pasta aquosa, mida, mas ela recebeu esse nome para diferenci-la (porque era revolucionria, na poca em que foi criada) das primeiras pilhas at ento conhecidas, como a pilha de Daniell (imagem abaixo), que utilizavam recipientes com solues aquosas. A pilha seca produz uma voltagem de apenas 1,5 V, mas pode ser melhorada com seu uso descontnuo, ou seja, alternar perodos de uso com repouso fora do produto.

A sua composio dada segundo o esquema bsico das partes principais da reao eletroqumica a seguir:

Dentro da pilha temos o nodo (polo negativo) e o ctodo (polo positivo), que so formados por:

nodo: Oxidao que ocorre no zinco metlico que fica no envoltrio da pilha

Ctodo: Reduo do mangans de NOX +4 (MnO2) para +3 (Mn2O3) presente na pasta mida* que fica na parte interna. d pilha.

2 MnO2(aq) + 2 NH41+

(aq) + 2 e 1 Mn2O3(s) + 2 NH3(g) + 1 H2O()

*Essa mistura pastosa constituda de cloreto de amnio (NH4C), xido de mangans (MnO2) e carbono pulverizado. O zinco transfere os seus eltrons para o mangans por meio da barra de grafita central, que em razo disso considerada o polo positivo do circuito externo da conduo dos eltrons.

Assim, temos como reao global de funcionamento da pilha seca cida:

Zn(s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH41+

(aq) Zn2+

(aq) + 1 Mn2O3(s) + 2 NH3(g)

Seu funcionamento cessa definitivamente quando todo o dixido de mangans convertido em trixido de mangans. Essa reao irreversvel, por isso essas pilhas so no recarregveis.

Camada isolante de areias

NH4C ZnC2 MnO2

(+) Ctodo

( ) ndodo

Cobertura de ao

Lacre de cera

Basto de grafite

Separao porosa

Folha de zinco

Envoltrio externo

Zn(s) Zn2+

(aq) + 2 e


14.B Pilha seca alcalina O mais popular tipo de pilha , sem dvida, a alcalina. a pilha alcalina. As pilhas alcalinas recebem este nome por que so feitas a partir de bases, possuem d.d.p de 1,5 V e no so recarregveis.

A pilha alcalina uma pilha seca de Zn e MnO2, com soluo eletroltica base forte (KOH).

Sua voltagem tambm de 1,5V, porm sua durao cinco vezes maior que a pilha seca de Leclanch. Seu funcionamento explicado pelas seguintes reaes:

nodo: Oxidao do zinco metlico a ction zinco que convertido em hidrxido de zinco e, em seguida, transformado em xido de zinco...

Ctodo: Reduo do mangans de NOX +4 (MnO2) para +3 (Mn2O3).

Reao global: Zn(S) + 2 MnO2(s) ZnO(s) + Mn2O3(s)

14.C Quais as diferenas entre pilhas cidas e alcalinas? 1. Composio: A pilha alcalina composta por uma mistura eletroltica: pasta bsica de NaOH (hidrxido de sdio - bom

condutor eletroltico) ou KOH. J a pilha seca comum contm cloreto de amnio NH4C (sal de carter cido) e recebe a classificao de cida.

2. Aplicao: A pilha seca usada para produzir correntes pequenas em servios contnuos, sendo por isso indicada para

rdios portteis, telefones, campainhas, lanternas, servios de sinalizao, etc. A pilha alcalina, por sua vez, apropriada para equipamentos que requerem descargas de energia rpidas e fortes, como brinquedos, cmeras fotogrficas digitais, MP3 players, etc.

3. Durabilidade: As pilhas alcalinas duram cerca de cinco vezes mais que as cidas. O Hidrxido de sdio possui maior

condutividade eltrica e consequentemente vai transportar energia mais rapidamente que o Cloreto de amnio. Esta reao rpida em pilhas bsicas proporciona maior vida til aos seus constituintes.

Por Lria Alves

Graduada em Qumica Equipe Brasil Escola

http://www.brasilescola.com/quimica/pilhas-alcalinas.htm

Zn(s) Zn2+

(aq) + 2 e

Zn2+(aq) + 2 OH1

(aq) Zn(OH)(s) ZnO(s) + H2O

2 MnO2 + H2O + 2 e Mn2O3 + 2 OH

1


14.D bateria de chumbo (bateria de automvel)

As baterias dos automveis possuem normalmente essa fora eletromotriz de 12 V, pois so compostas de 6 pilhas ou clulas de chumbo-cido. E elas so tambm denominadas como baterias de chumbo, porque o seu nodo (plo negativo) so as placas de chumbo e o seu ctodo (plo positivo) so as placas de chumbo com xido e chumbo IV (PbO2). Essas baterias possuem altas correntes, que permitem dar partida em motores graas aos elevados valores de densidade de potncia que apresentam. Como se observa na figura abaixo, as placas de chumbo revestidas de PbO2 (placas negativas) so ligadas ao conector positivo. Enquanto que as placas de chumbo (placas negativas) so ligadas ao conector negativo. Elas so separadas por algum papelo, plstico ou algum papel separador microporoso. Esse conjunto colocado no compartimento da bateria e mergulhado em uma soluo aquosa de cido sulfrico (H2SO4) com uma densidade de aproximadamente 1,28 g/cm3. As semi-reaes e a reao global que ocorrem nessa bateria so:

nodo: Pb + HSO41 + H2O PbSO4 + H3O

1+ + 2e

Ctodo: PbO2 + HSO41 + 3 H3O

1+ + 2 e PbSO4 + 5 H2O

Reao global: Pb + PbO2 + 2 HSO41 + 2 H3O

1+ 2 PbSO4 + 4 H2O

Como pode ser observado pela seta dupla acima, essas reaes so reversveis, o que significa que possvel recarregar novamente as baterias de chumbopor se fornecer energia ao sistema, ou seja, possvel passar uma corrente eltrica fornecida por um gerador de corrente contnua. Desse modo, o sentido dessas reaes invertido, ocorrendo a regenerao de grande parte do cido sulfrico e carregando, assim, a bateria. No automvel, essa diferena de potencial que fornece energia e recarrega a bateria feita pelo dnamo ou pelo alternador. A densidade do cido sulfrico ajuda a identificar se a bateria est descarregada. Visto que sua densidade 1,28g/cm- ; se este valor estiver abaixo de 1,20 g/cm3, significa que o cido sulfrico foi consumido e a bateria est descarregada. Por isso, essas baterias so muito durveis.

Por Jennifer Fogaa Graduada em Qumica

Equipe Brasil Escola

Eletrodo positivo de placas mltiplas.

Os eletrodos negativos e positivos, de elementos vizinhos, esto ligados entre si para aumentar a voltagem.

Eletrodo negativo de placas mltiplas.

Separadores Divisores dos elementos

Caixa da bateria

As baterias de chumbo utilizadas em automveis so muito durveis, com uma voltagem de 12 V, compostas de 6 pilhas ou clulas. Seu nodo (polo negativo) corresponde s placas de chumbo; e o seu ctodo (polo positivo), s placas de chumbo com xido e chumbo IV (PbO2).

As placas de chumbo liberam eltrons

O revestimento de xido plmbico recebe eltrons.


14.D Clulas de Combustvel H vrios tipos de pilhas de combustvel, conforme o eletrlito e demais materiais de sua constituio,

funcionando umas a baixa e outras a alta temperatura. Dentre os vrios tipos, as Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFC ou PEM) e as Solid-Oxide Fuel Cells (SOFC)

As PEM so alimentadas com hidrognio puro e funcionam a baixa temperatura (cerca 80

oC), sendo indicadas para uso em automveis, como ocorre em veculos de uso pessoal, disponibilizados por Mercedes,

Hyunday, Toyota, General Motors, hbridos da Audi e Ford e as scooter da Honda, quer de transporte pblico, como o caso de alguns nibus que circulam na cidade de Londres. Estas pilhas de combustvel podem ainda ser usadas em sistemas de produo de eletricidade a nvel domstico ou em pequena escala. Outro exemplo o uso em computadores portteis e celulares, em que um tipo de PEM que usa metanol em vez de hidrognio, substitui as baterias.

As SOFC so mais flexveis em termos de combustvel, pois para alm de hidrognio so ainda compatveis com metano ou monxido e dixido de carbono, funcionando a elevada temperatura (700oC 1000oC). Devido a esta flexibilidade, e elevada eficincia, as SOFC so mais indicadas para produo de energia em fontes estacionrias.

14.E Pilhas recarregveis

As pilhas no-recarregveis, que so aquelas que so utilizadas uma vez e depois so descartadas, so chamadas de pilhas primrias. Nessas pilhas os materiais de oxidao e de reduo no permanecem no nodo e no ctodo, por isso impossvel reverter o estado final.

As pilhas recarregveis so aquelas que depois de utilizadas pode ser recarregadas e utilizadas novamente, estas so chamadas de pilhas secundrias. Nessas pilhas os materiais de oxidao ficam no nodo e os materiais de reduo permanecem no ctodo, sendo possvel inverter as reaes

Nquel cdmio ou NiCd (Nickel Cadmium)

Tambm chamadas de Nquel Cdmio, esse o tipo de pilha recarregvel que surgiu primeiro. Normalmente as pilhas NiCd so mais baratas, porm tm menor tempo de vida til, alm de terem menor capacidade de carga.

Problemas no cotidiano:

As baterias de Nquel Cdmio podem sofrer de um problema chamado "efeito memria". Quando isso ocorre, a pilha deixa de ser recarregada totalmente por sua composio qumica dar sinal de que a carga est completa. Para entender melhor, imagine que uma pilha tem um efeito memria que atinge 10% de sua capacidade. Isso indica que sua carga ser de 90%, pois a pilha indicar que os 10% restantes j esto carregados. O efeito memria acontece quando resduos de carga na pilha induzem a formao de pequenos blocos de cdmio. A melhor maneira de evitar o problema no fazer recargas quando a bateria est parcialmente descarregada. melhor esperar at a pilha "ficar fraca" e voc no conseguir mais utiliz-la em seu aparelho para ento recarreg-la. As pilhas NiCd esto cada vez mais em desuso, pois alm do efeito memria, de terem menor capacidade e menor tempo de vida til, esse tipo de bateria muito poluente, j que o cdmio um elemento qumico altamente txico e prejudicial ao meio ambiente.


Pilhas de nquelmetalidreto ou NiMH (Nquel-Metal Hydride)

Tambm denominadas de Nquel Metal Hidreto, as pilhas NiMH so o tipo mais usado atualmente, pois oferecem maior capacidade, maior tempo de vida, suportam mais recargas se comparado ao NiCd (dependendo do fabricante, isso pode no ser verdadeiro) e so menos poluentes, j que no utilizam materiais pesados, como o cdmio. Outra vantagem desse tipo a no existncia do efeito memria.

Pilhas de ltio

O nodo feito de metal ltio e o ctodo de MnO2 ou cloreto de sulfurila (SOC2). As pilhas de ltio apresentam uma alta voltagem: 3,4V.

nodo: 4 Li(s) 4 Li+

(aq) + 4 e

Ctodo: 2 SOC2 + 4 e

4 C + S + SO2

Vantagens no cotidiano: Sendo o ltio o mais leve metal existente no universo, possvel construir grandes baterias de ltio com peso extremamente mais baixo que o peso das demais baterias, de mesmo tamanho, fabricadas com outros materiais. Os futuros automveis eltricos sero movidos por bateria de ltio.

14.F Legislao A Resoluo n 257 do CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente, que entrou em vigor em julho de 2000, determinou que os fabricantes, importadores, rede autorizada de assistncia tcnica e os comerciantes de pilhas e baterias ficam obrigados a coletar, transportar e armazenar o material. Os fabricantes e os importadores so os responsveis pela reutilizao, reciclagem, tratamento ou disposio final do produto. No Brasil, no preocupao prioritria a disposio final de pilhas e baterias usadas. A grande maioria dos brasileiros no sabe que PILHAS E BATERIAS SO LIXO QUMICO, QUE PODEM CAUSAR DANOS SRIOS SADE e que devem ter uma destinao final diferenciada do lixo comum

15 Alessandro Volta Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta nasceu em 18 de fevereiro de 1745, na pequena cidade de Como, prxima de Milo, na Itlia. Estudou boa parte de sua vida no colgio dos jesutas, mas, aos 16 anos, o abandonou para estudar por conta prpria, apenas com a assistncia de um cnego. Esse cnego e amigo de Volta foi Gattoni, que alm de lhe ensinar os princpios bsicos de Fsica, tambm lhe forneceu alguns aparelhos necessrios para suas experimentaes. Apesar de seu tio o incentivar a estudar Direito, ele estava decido a estudar Fsica. E, incrivelmente, Volta aprendeu sozinho Fsica, Matemtica, Latim, Francs, Alemo e Ingls. Mesmo no possuindo um diploma ou no tendo defendido uma tese, Alessandro Volta conseguiu com a ajuda do governador da Lombardia austraca, Carlo di Firmian, um emprego como professor. Com o tempo ele passou de professor substituto a professor regente. Alm disso, tambm conseguiu a ctedra de professor de Fsica Experimental nas escolas de Como. Ele se tornou um inventor muito notvel. Um dos seus primeiros inventos foi realizado em 1776, que foi o eudimetro, um aparelho que por meio de uma centelha eltrica causava a reao entre dois compostos gasosos.

Uma das maiores invenes de Alessandro Volta foi a pilha eltrica

+4 0


Volta usou esse aparelho para confirmar as leis das propores definidas de Proust e as dos gases, incluindo a lei da dilatao dos gases submetidos a aquecimento, que foi uma lei que ele prprio determinou, juntamente com Gay-Lussac. Naquele mesmo ano, Alessandro Volta isolou o gs metano, descoberta que aumentou ainda mais a sua fama, tanto que ele foi escolhido para lecionar na Universidade de Pvia, em 1779, da qual posteriormente se tornou o reitor. Ele tambm sugeriu a produo industrial de vacinas, difundiu o uso do amianto para a indstria, difundiu tambm a cultura controlada do bicho-da-seda e racionalizou o cultivo do lpulo e da batata.

Entretanto, a inveno que mais lhe trouxe crditos foi a pilha eltrica, em 1800. Ele causou uma enorme agitao no mundo cientfico quando empilhou discos alternados de zinco e cobre, separando-os por pedaos de tecidos embebidos em soluo de cido sulfrico. Esse aparelho que produzia corrente eltrica, sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre das extremidades, passou a ser chamado de pilha de Volta. A partir da, todos os aparelhos que produziam eletricidade por meio de processos qumicos passaram a ser denominados pelos seguintes nomes: celas voltaicas (em homenagem a Volta), pilhas galvnicas (em homenagem a Luigi Galvani (1737-1827)) ou, simplesmente, pilhas.

Por Jennifer Fogaa Graduada em Qumica

Brasil Escola http://www.brasilescola.com/quimica/alessandro-volta.htm

01 (ENEM/2011) Um curioso estudante, empolgado com a aula de circuito eltrico que assistiu na escola, resolve

desmontar sua lanterna. Utilizando-se da lmpada e da pilha, retiradas do equipamento, e de um fio com as extremidades descascadas, faz as seguintes ligaes com a inteno de acender a lmpada:

GONALVES FILHO, A.; BAROLLI, E. Instalao Eltrica: investigando e aprendendo. So Paulo: Scipione, 1997 (adaptado).

Tendo por base os esquemas mostrados, em quais casos a lmpada acendeu?

a) (1), (3), (6) b) (3), (4), (5) c) (1), (3), (5) d) (1), (3), (7) e) (1), (2), (5) 02 (FESP UPE/2001) Dentre as afirmativas abaixo, assinale a verdadeira.

a) Na pilha de Daniell, o zinco metlico age quimicamente como oxidante. b) A finalidade da ponte salina em uma pilha permitir a passagem de eltrons de uma semipilha para outra. c) Uma soluo de sulfato de nquel deve ser armazenada em recipiente de alumnio

( Al3+ + 3e- Al, E0 = -1,66V; Ni2+ + 2 e- Ni, E0 = -0,23V ). d) No processo de enferrujamento de uma pea de ferro, no nodo ocorre a oxidao do ferro. e) Na pilha alcalina, o cloreto de amnio substitudo pelo hidrxido de amnio; em conseqncia, a durabilidade

dessa pilha muito maior que a da pilha comum, tendo em vista a estabilizao da corrente eltrica produzida pelo hidrxido de amnio.



03 (ENEM/2010) O crescimento da produo de energia eltrica ao longo do tempo tem influenciado decisivamente o progresso da humanidade, mas tambm tem criado uma sria preocupao: o prejuzo ao meio ambiente. Nos prximos anos, uma nova tecnologia de gerao de energia eltrica dever ganhar espao: as clulas de combustvel hidrognio/oxignio.

VILLULLAS, H. M;TICIANELLI, E. A; GONZLEZ, E. R. Qumica Nova na Escola. N 15, maio 2002

Com base no texto e na figura, a produo de energia eltrica por meio da clula a combustvel hidrognio/oxignio diferencia-se dos processos convencionais porque:

a) transforma energia qumica em energia eltrica sem causar danos ao meio ambiente, porque o principal subproduto formado a gua.

b) converte a energia qumica contidas nas molculas dos componentes em energia trmica, sem que ocorra a produo de gases poluentes nocivos ao meio ambiente.

c) transforma energia qumica em energia eltrica, porm emite gases poluentes da mesma forma que a produo de energia a partir dos combustveis fsseis.

d) converte energia eltrica proveniente dos combustveis fsseis em energia qumica, retendo os gases poluentes produzidos no processo sem alterar a qualidade do meio ambiente.

e) converte a energia potencial acumulada nas molculas de gua contidas no sistema em energia qumica, sem que ocorra a produo de gases poluentes nocivos ao meio ambiente.

04 (UPE Qu. I/2009) Sobre os aspectos fsico-qumicos dos sistemas, so apresentadas as afirmativas abaixo. Analise-

as e conclua.

I II 0 0 correto afirmar que os incndios florestais se propagam mais rapidamente, em dias nos quais praticamente

no venta. 1 1 Um bloco de gelo a 0oC, quando exposto temperatura ambiente (27oC), funde. Isso indica que a variao da

entropia total aumenta. 2 2 Os valores de KC e KP numa temperatura T so rigorosamente iguais para a transformao H2O() H2O(g),

qualquer que seja a presso de vapor da gua. 3 3 A proteo contra a corroso do ferro (E

oRed = 0,44V) mais eficaz, utilizando-se o estanho (E

oRed = 0,14V) ao

invs do zinco (Eo

Red = 0,76V). 4 4 Na descarga de uma bateria de chumbo, usada nos automveis como fonte de energia eltrica, ocorre a

formao do sulfato de chumbo e gua. 05 (UPE Qu. I/2011) As proposies abaixo se referem eletroqumica. Analise-as.

I. A ponte salina um tubo que contm um isolante gelatinoso que impede a passagem de eltrons atravs das duas solues da pilha, evitando a descarga rpida.

II. nodo e ctodo so eletrodos de uma pilha onde ocorrem, respectivamente, as reaes de oxidao e reduo. III. As notaes H+(aq)/H2(g)/Pt e Pt/H2(g)/H

+(aq) referem-se ao eletrodo de hidrognio escrito como nodo e ctodo,

respectivamente. IV. Na descarga de uma bateria de chumbo (bateria de automvel), forma-se o sulfato de chumbo e, na carga entre

outras substncias, forma-se o PbO2. V. Comparando-se a pilha seca alcalina com a pilha de Leclanch, verifica-se que o cloreto de amnio encontrado na

pilha de Leclanch substitudo pelo KOH na pilha seca alcalina.

So VERDADEIRAS

a) I, III e IV. b) II, III e IV. c) I, II e III. d) III, IV e V. e) II, IV e V.


06 (UFPE 1 Fase/2007) O dixido de mangans uma substncia utilizada em ctodos de algumas pilhas e baterias. Em uma pilha alcalina, a reao produz o hidrxido de mangans (II).

Sabendo-se que a massa atmica do mangans e do oxignio so respectivamente 54,94g/mol e 16,00g/mol, analise as afirmativas abaixo.

1) O dixido de mangans um agente redutor e, para cada mol dessa substncia, 2 mols de eltrons so transferidos.

2) 173,88 g de dixido de mangans podem trocar no mximo 4 mols de eltrons. 3) O estado de oxidao do mangans no dixido de mangans +4. 4) A semi-reao de converso de um mol, de dixido de mangans a hidrxido de mangans (II), consome dois mols

de molculas de gua.

Esto corretas:

a) 1, 2, 3 e 4 b) 1 e 3 apenas c) 2 e 3 apenas d) 2, 3 e 4 apenas e) 1 e 4 apenas



(Pginas 05 e 06)

No

Resposta No

Resposta No

Resposta No

Resposta

01 C 04 C 07 D

02 A 05 D 08 09

03 A 06 A

(Pginas 10, 11, 12 e 13)

No Resposta No Resposta No Resposta No Resposta

01 FFVFF 06 40 11 A

02 C 07 E 12 C

03 12 08 FVFVV 13 E

04 11 09 B 14 D

05 VVFVV 10 FVVFF

(Pginas 15, 17 e 19)


01 VVFVV 06 FVFFF

02 FVVFV 07 FFVVV

03 A 08 A

04 FFVFV 09 C

05 VFFVV 10 FFVFV

(Pginas 25,26 e 27)


01 D 03 A 05 E

02 D 04 FVFFV 06 D

Comunique-se com seu professor: [email protected]

Gabarito de: Eletroqumica Pilhas (38 questes)


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Eletroquímica