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Pilhas e Eletrólise

Utilizamos as pilhas nos diferentes aparelhos do nosso dia-a-dia: rádios, controles remotos, Mp3 entre outros .

Você já parou para pensar como é o funcionamento das pilhas?

A história das pilhas inicia por volta de 1600 com Otto von Guericke e a invenção da primeira máquina para produzir eletricidade.

Galvani na segunda metade do século XVIII, começou a pesquisar a aplicação terapêutica da eletricidade, após dez anos de pesquisa publicou : “Sobre as forças de eletricidade nos movimentos musculares.” Onde concluía que os músculos armazenavam eletricidade do mesmo modo que uma jarra de Leiden, e os nervos conduziam esse eletricidade.

Os trabalhos de Galvani influenciaram Volta que após muitos pesquisas desenvolveu um dispositivo formados por prata e zinco ou prata e chumbo ou prata e estanho ou por cobre e estanho , cada par metálico era separado por um disco de material poroso embebida em uma solução de sal, o disco inferior era sempre de prata e o superior de zinco, essas placas terminais eram ligados fios metálicos para conduzir a eletricidade produzida.

Em 1812 Daw produziu um arco voltaíco usando eletrodos de carvão ligados a uma bateria de muitos elementos. A pilha de Volta foi uma grande invenção, apesar da interpretação errada que seu autor deu ao seu funcionamento.

E como explicar o funcionamento da pilha?

Suponhamos, por exemplo, que separemos fisicamente a barra de zinco de uma solução de sulfato de cobre.

A barra de zinco é imerso numa solução de sulfato de cobre, assim como uma barra de cobre. As duas barras encontram-se interligadas eletricamente mediante um fio. Este dispositivo forma uma pilha.

As barras de zinco e de cobre são denominadas eletrodos e fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e de redução.

Se os eletrodos de zinco e cobre forem ligados entre si, por meio de um circuito externo, haverá um escoamento de elétrons através desse circuito, do eletrodo de zinco para o de cobre, em cuja superfície serão recebidos pelos íons Cu⁺². (lembra-se da fila de reatividade !!!)

E esses íons serão reduzidos e os átomos de cobre se depositaram na superfície do eletrodo de cobre (eletrodeposição).

Nesta célula o eletrodo de zinco é denominado ânodo. O ânodo é um eletrodo no qual ocorre a oxidação.

À medida que se vai realizando a reação da célula, os íons de zinco migram afastando-se do ânodo de zinco, em direção do eletrodo de cobre, à semelhança do que ocorre com os íons de cobre.

A pilha pode conter uma membrana semiporosa ou uma ponte salina ( com cloreto de potássio, os íons Cl- migram em direção ao ânodo e os íons K+ migram em direção ao cátodo ) que fazem o contato entre as duas células.

As reações de eletrodo e a reação da célula são:

Diagramas de célula

Diagramas de célula são anotações simplificadas para células galvânicas.

A pilha de Daniel tem o seguinte diagrama de célula Zn(s) | ZnSO₄(aq) | | CuSO₄(aq)|Cu(s)

Ânodo ou pólo negativo Cátodo ou pólo positivo

Do lado esquerdo da célula encontra-se a representação da semi-reação de oxidação (a que ocorre no ânodo).

Do lado direito da célula encontra-se a representação da semi-reação de redução ( a que ocorre no cátodo)

A ponte salina é representada pelas duas barras centrais.

Diferença de potencial de uma pilha

O valor da diferença de potencial de uma pilha pode ser obtido por um voltímetro, que deve ser instalado entre os dois eletrodos da pilha, porque cada eletrodo tem um potencial, os elétrons fluem devido a diferença de potenciais de cada eletrodo.

A maior valor de diferença de potencial que se pode obter de uma pilha galvânica é chamado de força eletromotriz, que corresponde ao início do funcionamento dessa pilha.

Pela fila de reatividade de metais podemos ver a diferença de potencial,quanto mais distante um metal estiver do outro, maior será a facilidade para fornecer ou receber elétrons e, portanto, maior a diferença de potencial.

Convencionou – se escolher o eletrodo de hidrogênio como tendo potencial zero ( no nível do mar), assim os potenciais dos outros eletrodos pode ser determinado ligando –se ele ao eletrodo de hidrogênio.

Nesta comparação pode ocorrer duas coisas:

O eletrodo em estudo fornece elétrons ao eletrodo padrão de hidrogênio, seu potencial será indicado com sinal positivo

O eletrodo em estudo recebe elétrons do eletrodo padrão de hidrogênio, seu potencial será indicado com sinal negativo.

Organiza-se uma tabela de potenciais – padrão de redução

Sendo que:

Os eletrodos que fornecem elétrons ( ânodo) são colocados acima do hidrogênio, ficando com o sinal negativo.

Os eletrodos que recebem elétrons ( cátodo ) são colocados abaixo do hidrogênio, ficando com o sinal positivo.

Eletrólise

A eletrólise é toda reação de indução de reações químicas de redução e oxidação que ocorre pela passagem de corrente elétrica em soluções iônicas ou em sais fundidos, é uma reação oposta à da descarga de uma pilha.

Quando fazemos a recarga de uma bateria, a reação que ocorre é uma eletrólise:

A eletrólise é realizada em células eletrolíticas, igual as pilhas, também constituídas por dois eletrodos: o catodo – pólo negativo – e o anodo – pólo positivo.

Duas placas condutoras de eletricidade (eletrodos) são colocados no composto a ser decomposto – o eletrólito. Quando as placas são ligadas a uma bateria, a corrente elétrica atravessa o composto que, se decompões, aos poucos, em duas partes. Isso acontece porque o eletrodo negativo (catodo) apresenta um excesso de partículas negativamente carregadas e, assim, atrai os íons positivos do composto. O eletrodo positivo (anodo) atrai os íons negativos.

Para provocar a passagem de corrente elétrica em um recipiente contendo cloreto de sódio(NaCl) , por exemplo, é necessário liberar os íons Na⁺ e Cl^- para que possam se movimentar. Isso pode ser conseguido adicionando-se água ou aquecendo o sal até a sua fusão. Existem dois tipos de eletrólise: a Eletrólise Aquosa e a Eletrólise Ígnea.

• Eletrólise Aquosa é o nome de uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica por meio de uma solução aquosa de um eletrólito.
• Eletrólise Ígnea é o nome que se dá a uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica através de um composto iônico fundido.

A eletrólise pode ser aplicada para obtenção de elementos químicos como metais, hidrogênio e cloro, substâncias como a soda cáustica(NaOH) e água oxigenada(H₂O₂), purificação eletrolítica de metais como o cobre e galvanização( eletrodeposição de metais tais como cromagem, niquelagem e outros).