Célula eletroquímica

Centro Federal de Educação Tecnológica de Química – URJ ELETROQUÍMICA -- PILHAS

Disciplina: Físico-Química Profª.: Eliane e Alda

Componentes: Carlos Henrique da Rosa Mendes

Jansen Xavier Fernandes Rafaela Tannuri Campos Cavalcanti Grupo 7 Turma: BM141

Introdução

Eletroquímica é o ramo da química que estuda o uso das reações químicas associadas a eletricidade.

De um modo geral subdivide-se em: pilhas - reações espontâneas geram eletricidade e eletrólise - eletricidade usada para ocorrer a reação não-espontânea.

A pilha ou célula eletroquímica é constituída de dois eletrodos no qual uma espécie é oxidada e cede elétrons, ao passo que o outro se reduz e recebe esses elétrons. Essa reação redox permite fluxo de corrente elétrica através do circuito.

No eletrodo que acontece a oxidação é chamado de anodo, sendo este o pólo negativo da célula; onde há redução denomina-se catodo e constitui o pólo positivo.

A pilha de Daniell exemplifica o exposto acima usando a reação entre cobre e zinco.

Neste experimento há dois bécheres: um contendo uma barra de cobre mergulhada em solução de íons Cu2+ e no outro uma barra de zinco em solução de íons Zn2+ . Os mesmos estão ligados por um fio externo que conduz os elétrons. Além disso, é utilizada uma ponte salina (tubo preenchido por eletrólitos em gelatina) entre os eletrodos para que haja equilíbrio de cargas, pois sem a mesma fica impedido o escoamento de elétrons.

Esquema da pilha de Daniell

A força com que os elétrons se movem numa pilha é chamada de força eletromotriz ou fem e é medida em volts (V). A fem gerada pela célula é o potencial da pilha (E) e seu valor depende da concentrações dos íons, temperatura e pressões parciais de gases caso estes estejam envolvidos na reação. Quando as espécies presentes estão a 1 mol/L, a pressão é de 1 atm e temperatura de 25°C, a fem medida nessas condições representa o potencial padrão da pilha (E°) já que esse é o estado padrão. Para verificar o potencial de qualquer pilha colocase um voltímetro ligado ao fio condutor.

O valor apresentado pelo voltímetro é a diferença entre os potenciais dos eletrodos da pilha e não os valores individuais dos mesmos. É necessário então arbitrar o valor 0 a um eletrodo qualquer, o escolhido foi o eletrodo padrão de hidrogênio. Consiste de um tubo de vidro contendo um fio de platina ligado a uma folha de platina inerte revestida, o fio encontra imerso em solução ácida (presença de H+) e gás H2 é bombeado para dentro do tubo. A partir daí pode ser medido os potenciais padrão de outros eletrodos em referência ao de hidrogênio.

Notação das pilhas eletroquímicas:

Zn(s)|Zn2+(aq)||Cu2+(aq)|Cu(s) , onde | representa a interface entre o metal e sua solução e || indica a ponte salina.

Materiais e reagentes

4 bécheres de 50 mL ZnSO4 0,10 mol/L CuSO4 0,10 mol/L

3 placas de Petri NaCl 3% (m/v) Fenolftaleína K3[Fe(CN)6] aquoso

2 pontes salinas Cobre Zinco

Voltímetro Fios de cobre

Ferro Chumbo

Objetivos

Observar o funcionamento de uma pilha, seus catodos (onde ocorre redução, pólo positivo), seus anodos (onde ocorre a oxidação, pólo negativo da pilha), sua transferência de elétrons, bem como em uma pilha em série.

Verificar a redução do oxigênio e zinco quando colocados ferro e cobre (e zinco) em solução de ferricianeto.

Procedimentos

As vidrarias foram lavadas e secadas antes do início da prática. 1) Montagem de Pilha

Em um bécher de 100 mL foi colocado em torno de 50 mL de solução de CuSO4 0,10 mol/L, seguido de uma barra de cobre. Em outro bécher de 100 mL foram adicionados uma solução de ZnSO4 0,10 mol/L e uma barra de zinco. Colocou-se a ponte salina de KNO3 para que houvesse a transferência de elétrons. Fixou-se o fio vermelho no eletrodo positivo (catodo - Cu) e o preto no negativo (anodo - Zn). Ligou-se o voltímetro na posição 20V e mediu-se a ddp da pilha. Os resultados foram anotados.

Repetiu-se o procedimento anterior, substituindo-se o bastão de zinco por uma barra de chumbo. A solução de ZnSO4 também foi substituída por uma solução de Pb(NO3)2 0,10 mol/L.

Prendeu-se o fio vermelho no eletrodo positivo (catodo - Cu) e o preto no negativo (anodo - Pb). Ligou-se o voltímetro (20V) e mediu-se a ddp da pilha. Anotaram-se os resultados.

Realizou-se o procedimento descrito anteriomente, trocando-se a barra de cobre por um bastão de zinco. A solução de CuSO4 0,10 mol/L foi substituída por uma solução de ZnSO4 0,10 mol/L. Colocou-se o fio vermelho no eletrodo positivo (catodo - Pb) e o preto no negativo (anodo - Zn).

Ligou-se o voltímetro (20V) e mediu-se a ddp da pilha e verificou-se os resultados.

O experimento anterior foi novamente executado dessa vez substituindo-se o bastão de zinco por uma barra de cobre. A solução de ZnSO4 foi trocada por uma solução de CuSO4 1,0x10-4 mol/L. Colocou-se o fio vermelho no eletrodo positivo sendo este o catodo – Cu mais concentrado (0,10 mol/L) e o preto no negativo (anodo – Cu mais diluído (1,0x10-4 mol/L)). Ligou-se o voltímetro (20V) e anotou-se o valor da ddp.

e) Pilha em série: Cobre, Zinco, Chumbo e Cobre

Foram utilizados quatro béchers de 100 mL com soluções em torno de 50 mL de cada eletrodo respectivo. Um bécher com barra de cobre e solução de cobre diluída, um bécher com solução