ELETROQUÍMICA

Question 1

O que é polarização por concentração?

Answer 1

• Variação entre a área do eletrólito que fica em contato com o próprio eletrólito e o resto da solução
• Variação na concentração de íons na interface metal-eletrólito -> diferença de potencial -> polarização -> afeta reações eletroquímicas da corrosão

Question 2

Quem recebe elétrons, reduz ou oxida? É cátodo ou ânodo?

Answer 2

• Reduz
• Cátodo

Question 3

Quem doa elétrons, reduz ou oxida? É cátodo ou ânodo?

Answer 3

• Oxida -> aumento no número de oxidação
• Ânodo

Question 4

No cátodo, há desgaste ou a concentração aumenta?

Answer 4

Concentração aumenta

Question 5

Qual é o fluxo dos elétrons na eletroquímica?

Answer 5

Fluem do ânodo (polo negativo onde ocorre a oxidação) para o cátodo (polo positivo onde ocorre a redução).

Question 6

O que é ânodo?

Answer 6

• Onde ocorre oxidação
• Eletroquímica -> polo negativo
• Eletrólise -> polo positivo

Question 7

O que é cátodo?

Answer 7

• Onde ocorre redução
• Eletroquímica -> polo positivo
• Eletrólise -> polo negativo

Question 8

No ânodo, há desgaste ou a concentração aumenta?

Answer 8

Desgaste

Question 9

O que é polarização por ativação?

Answer 9

Sobretensões na superfície do metal -> taxa de reação eletroquímica é maior ou menor do que o esperado devido a barreiras termodinâmicas ou cinéticas.

Question 10

Como ocorre o controle da corrosão?

Answer 10

• Aumento da resistência de contato nas áreas anódicas
• Reação de corrosão = controlada anodicamente
• Regiões anódicas: corrosão mais intensa

Question 11

O que é corrosão química?

Answer 11

• Ataque de algum agente químico sobre um material (metal ou não)
• Não requer necessariamente a presença de uma corrente elétrica ou eletrólito
• Resposta direta à exposição a substâncias químicas corrosivas.

Question 12

Semirreação de oxidação

Answer 12

Fe0(s) → Fe2+(aq) + 2e-

Question 13

O que é potencial de padrão de redução?

Answer 13

• Medida da tendência de um elétron em ser reduzido e é medido em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio.
• Maior potencial padrão de redução, -> mais favorável redução do elemento.

Answer 14

Tipos de pilha
Existem vários tipos de pilhas, cada um com suas próprias características e aplicações. Aqui estão alguns exemplos:

Pilhas de Daniell: consistem em um eletrodo de zinco (ânodo) em uma solução de sulfato de zinco e um eletrodo de cobre (cátodo) em uma solução de sulfato de cobre. A reação química que ocorre produz uma corrente elétrica que flui do zinco para o cobre.
Pilhas de Leclanché: consistem em um eletrodo de zinco (ânodo) e um eletrodo de dióxido de manganês (cátodo) separados por um eletrólito de cloreto de amônio. Essas pilhas são comumente usadas em lanternas e outros dispositivos eletrônicos portáteis.
Pilhas alcalinas: são semelhantes às pilhas de Leclanché, mas usam hidróxido de potássio como eletrólito. Eles têm uma vida útil mais longa e são usados em dispositivos eletrônicos de alto consumo de energia, como câmeras e brinquedos.
Pilhas de lítio: usam um ânodo de lítio e um cátodo de dióxido de manganês. Eles são leves, duráveis e têm uma longa vida útil, tornando-os ideais para dispositivos eletrônicos portáteis, como telefones celulares e laptops.
Pilhas de combustível: convertem energia química diretamente em eletricidade. Eles usam hidrogênio como combustível e produzem apenas água como subproduto. As pilhas de combustível têm potencial para serem uma fonte de energia limpa e renovável no futuro.

Answer 15

Pilhas em série
Pilhas em série são dispositivos que consistem em duas ou mais pilhas conectadas em série, ou seja, a extremidade positiva de uma pilha é conectada à extremidade negativa da próxima pilha. Dessa forma, a voltagem total da pilha em série é a soma das voltagens individuais de cada pilha.

Por exemplo, se duas pilhas de 1,5 volts forem conectadas em série, a voltagem total seria de 3 volts. As pilhas em série podem ser usadas para fornecer uma voltagem mais alta do que a de uma única pilha, como em dispositivos eletrônicos que requerem uma tensão mais alta do que uma única pilha pode fornecer. No entanto, a capacidade total de carga da pilha em série é limitada pela capacidade da pilha com menor capacidade, ou seja, a pilha com menor capacidade descarregará primeiro, reduzindo a capacidade total da pilha em série.

Answer 16

Diferença de potencial (DDP)
A DDP (Diferença de Potencial) de uma pilha, também conhecida como tensão da pilha, é a medida da energia elétrica disponível por unidade de carga elétrica entre os terminais positivo (+) e negativo (-) da pilha. Em outras palavras, é a diferença de potencial elétrico entre os dois terminais.

Para calcular a DDP de uma pilha, você precisará conhecer a voltagem nominal da pilha e sua polaridade. A voltagem nominal é geralmente impressa na embalagem da pilha e indica a tensão esperada quando a pilha está nova e totalmente carregada. Ela é fornecida em volts (V) e pode ser, por exemplo, 1,5 V para pilhas alcalinas comuns ou 3,7 V para algumas pilhas recarregáveis.

Para calcular a DDP de uma pilha usando os potenciais de redução, siga estas etapas:

Identifique as semirreações de redução e oxidação: Olhe para a reação global da pilha e identifique quais espécies químicas estão sendo reduzidas e quais estão sendo oxidadas. As semirreações de redução ocorrem no cátodo (terminal positivo), enquanto as semi-reações de oxidação ocorrem no ânodo (terminal negativo).
Consulte os potenciais de redução: Procure os potenciais de redução das espécies químicas envolvidas nas semi-reações em uma tabela de potenciais padrão de redução. Essa tabela fornece os potenciais padrão de redução para várias espécies químicas, em relação ao eletrodo-padrão de hidrogênio (E° = 0,00 V) ou outro eletrodo padrão.
Calcule a DDP da pilha: A DDP da pilha é igual à diferença entre o potencial de redução do cátodo (E° red,catodo) e o potencial de redução do ânodo (E° red,anodo), já que a DDP é a tendência líquida para a reação de redução ocorrer. Matematicamente, a DDP pode ser calculada da seguinte maneira:
DDP = E° red,catodo - E° red,anodo

Lembre-se de que, quando olhamos para as semirreações, o sentido das reações pode parecer invertido. O cátodo é onde ocorre a redução e possui um potencial de redução mais positivo, enquanto o ânodo é onde ocorre a oxidação e possui um potencial de redução mais negativo.

Esse cálculo é baseado em condições padrão (concentração 1 mol/L, pressão 1 atm, temperatura 25°C). Em condições diferentes, você pode precisar aplicar a Equação de Nernst para ajustar os potenciais das semirreações.

Exemplo: Vamos considerar uma pilha formada por um eletrodo de zinco (Zn) e um eletrodo de cobre (Cu), em soluções aquosas de seus respectivos cátions (Zn2+ e Cu2+). A reação global da pilha é a seguinte:

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

Vamos utilizar a tabela de potenciais padrão de redução para encontrar os potenciais de redução das semi-reações envolvidas:

Potencial de redução do Zn2+: E° red(Zn2+) = -0,76 V

Potencial de redução do Cu2+: E° red(Cu2+) = +0,34 V

Agora, podemos calcular a DDP da pilha:

DDP = E° red(Cu2+) - E° red(Zn2+)

DDP = 0,34 V - (-0,76 V)

DDP = 0,34 V + 0,76 V

DDP = 1,10 V

Portanto, a DDP da pilha formada por um eletrodo de zinco e um eletrodo de cobre é de 1,10 volts. Isso significa que a pilha fornecerá uma diferença de potencial de 1,10 volts entre seus terminais positivo (Cu) e negativo (Zn). A reação ocorrerá espontaneamente nessa direção, com o zinco sendo oxidado no ânodo e o cobre sendo reduzido no cátodo.

Answer 17

Eletrólise
A reação de eletrólise é um processo que ocorre quando uma corrente elétrica passa através de um eletrólito, o que leva a uma reação química. Essa reação pode ser usada para separar os componentes de uma solução ou para produzir produtos químicos específicos.

Os principais conceitos envolvidos na reação de eletrólise são os de eletrólito, cátodo e ânodo. O eletrólito é a solução que está sendo eletrólise e pode ser uma solução aquosa ou fundida. O cátodo é o eletrodo no qual ocorre a redução, e o ânodo é o eletrodo no qual ocorre a oxidação.

Um exemplo comum de reação de eletrólise é a eletrólise da água, que pode produzir hidrogênio e oxigênio. Na eletrólise da água, a água é o eletrólito, e os eletrodos são colocados na solução. Quando uma corrente elétrica é aplicada, a água se decompõe em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio é produzido no cátodo e o oxigênio é produzido no ânodo.

Outras reações de eletrólise incluem a eletrólise de sais fundidos, como a eletrólise do cloreto de sódio (NaCl) para produzir cloro gasoso e hidróxido de sódio (NaOH), e a eletrólise de soluções aquosas de sais, como a eletrólise do cloreto de cobre (CuCl2) para produzir cobre metálico no cátodo e gás cloro no ânodo.

A reação de eletrólise é amplamente utilizada na indústria química para produzir produtos químicos específicos, como metais, a partir de soluções aquosas ou fundidas.

Os componentes de uma eletrólise são:

Fonte de corrente elétrica: responsável por fornecer a energia elétrica para que ocorra a eletrólise.
Eletrodos: são as extremidades da célula eletrolítica onde ocorrem as reações de oxidação e redução.
Solução eletrolítica: é a solução contendo os íons a serem reduzidos ou oxidados durante a eletrólise.
Eletrólito: é uma substância que é adicionada à solução eletrolítica para aumentar a condutividade elétrica, permitindo que a corrente elétrica flua através da solução.
Conexões elétricas: são fios condutores que conectam a fonte de corrente elétrica aos eletrodos.
Fonte de calor: em algumas eletrólises é necessário fornecer calor para a solução para acelerar a reação química.

A eletrólise ocorre de forma não espontânea, ou seja, utiliza energia elétrica de uma fonte (como pilha) para forçar a ocorrência de uma reação química. Na eletrólise os polos são inversos em relação às pilhas, o cátodo é negativo (enquanto na pilha é positivo) e o ânodo é positivo (enquanto na pilha é negativo).

Um exemplo de eletrólise é a eletrólise da água, onde a água é decomposta em seus componentes, hidrogênio e oxigênio, usando eletricidade. A reação química é a seguinte:

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

Nesta reação, a água é a solução eletrolítica, os eletrodos são geralmente de platina, a fonte de corrente elétrica é uma bateria ou uma fonte de alimentação e a conexão elétrica é feita por meio de fios condutores. Durante a eletrólise, o ânodo libera oxigênio, que é oxidado, enquanto o cátodo produz hidrogênio, que é reduzido.

Answer 18

Tipos de eletrólise
Ígnea


A eletrólise ígnea é realizada em substâncias que estão no estado sólido ou líquido a alta temperatura, como os metais puros ou seus compostos. Nesse processo, a substância é fundida para que seus íons se tornem livres e, em seguida, é submetida à corrente elétrica. Exemplos de eletrólise ígnea incluem a obtenção de alumínio a partir da bauxita e a obtenção de sódio a partir do cloreto de sódio.

Answer 19

Aquosa


A eletrólise aquosa é realizada em soluções eletrolíticas, ou seja, soluções que contêm íons dissolvidos. Nesse caso, a solução é colocada em uma célula eletrolítica contendo dois eletrodos e submetida à corrente elétrica. Os íons presentes na solução se movimentam em direção aos eletrodos, onde ocorrem as reações de oxidação e redução. Exemplos de eletrólise aquosa incluem a eletrólise da água para produção de hidrogênio e oxigênio e a deposição eletrolítica de metais para proteção contra corrosão.

Answer 20

Galvanoplastia e eletrodeposição
A galvanoplastia e a eletrodeposição são processos que ocorrem por meio da eletrólise. Na eletrólise, uma corrente elétrica é usada para fazer uma reação de oxirredução ocorrer em um sistema eletroquímico.

Na galvanoplastia, um objeto é colocado no cátodo (polo negativo) de uma célula eletrolítica contendo uma solução do metal que será depositado, e o metal é depositado na superfície do objeto através da redução dos íons metálicos presentes na solução. Na eletrodeposição, o metal é depositado em um eletrodo que é usado como cátodo.

Ambos os processos dependem da transferência de elétrons entre o eletrodo e os íons em solução. A galvanoplastia é usada principalmente para revestir objetos com metais para fins protetivos ou decorativos, enquanto a eletrodeposição é usada para criar objetos metálicos com formas específicas e precisas.

Answer 21

Purificação do cobre
O processo de purificação do cobre é realizado por meio da eletrólise de uma solução contendo íons de cobre impuros. O cobre impuro é colocado no ânodo, enquanto um cátodo de cobre puro é colocado no catodo. Quando uma corrente elétrica é aplicada, os íons de cobre impuros se movem para o cátodo e são reduzidos, formando uma camada de cobre puro no cátodo. Enquanto isso, os íons de impurezas depositam no ânodo e podem ser removidos posteriormente. Esse processo é usado para produzir cobre com alto grau de pureza, que é usado em aplicações eletrônicas e em outros setores industriais.

Answer 22

Metal de sacrifício
O metal de sacrifício é um metal que é utilizado para proteger outro metal mais nobre da corrosão. Ele funciona através da criação de uma pilha galvânica, onde o metal de sacrifício é oxidado em vez do metal nobre. Essa técnica é baseada na diferença de potencial eletroquímico entre os metais, onde o metal de sacrifício possui um potencial de redução menor que o metal nobre.

Um exemplo comum de uso do metal de sacrifício é na proteção de estruturas metálicas em ambientes corrosivos, como navios e plataformas de petróleo. Nesses casos, é comum utilizar zinco como metal de sacrifício para proteger o aço, uma vez que o zinco é mais reativo e, portanto, será oxidado antes do aço. Outros exemplos incluem o uso de alumínio como metal de sacrifício em tubulações de água e o uso de magnésio em ânodos de proteção de navios e tanques de armazenamento de combustível.

A aplicação do metal de sacrifício é baseada nos conceitos de oxidação e redução da eletroquímica, em que o metal nobre é reduzido enquanto o metal de sacrifício é oxidado, formando uma pilha galvânica. Esse processo é uma forma eficaz e econômica de proteger metais nobres da corrosão.

Question 23

Semirreação de redução

Answer 23

Cu2+(aq) + 2e- → Cu0(s)

Question 24

Equação geral de uma reação de oxirredução

Answer 24

Fe(s) + Cu2+(aq) → Fe2+(aq) + Cu(s)

Question 25

Equação da pilha

Answer 25

• Oxidação no ânodo: X → Xn+ + ne-
• Redução no cátodo: Yn+ + ne- → Y

Question 26

Quais os componentes de uma pilha?

Answer 26

1. Eletrodos: extremidades da pilha onde ocorrem as semirreações (anódico e catódico)
2. Eletrólito: solução ou um meio condutor de íons → fluxo de corrente elétrica entre os eletrodos
3. Ponte salina: solução eletrolítica que liga as duas metades da célula → fluxo de íons; evita que a solução nos dois compartimentos se misturem
4. Fios condutores: ligam os eletrodos aos terminais externos da pilha → corrente elétrica flua do anódico para o catódico.

Answer 27

Os elétrons fluem do ânodo (polo negativo onde ocorre a oxidação) para o cátodo (polo positivo onde ocorre a redução).