FISICO-QUÍMICA- AULA 6- PILHAS

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As pilhas são dispositivos muito utilizados no dia a dia *
imagem :Manual da Química

Pilhas são dispositivos capazes de produzir corrente elétrica (energia elétrica) a partir de reações de oxidação e redução de componentes metálicos presentes em sua estrutura. 

  • Oxidação: é a capacidade que um material apresenta de perder elétrons; – lembre da ferrugem, que vai “esfarelando” o ferro.

  • Redução: é a capacidade que um material apresenta de ganhar elétrons.

Assim, em uma pilha, como os elétrons partem de um componente e chegam até outro, forma-se uma corrente elétrica( caminhada de elétrons) , que é capaz de fazer funcionar diversos dispositivos eletrônicos. 

Funcionamento de uma pilha

Para explicar o funcionamento de uma pilha, vamos utilizar uma das primeiras pilhas construídas, a pilha de Daniell:

Esquema da pilha de Daniell

Na pilha de Daniell, temos:

  • Um ânodo – polo negativo – de zinco (formado por uma placa) imerso em uma solução formada por água e sulfato de zinco (ZnSO4). A placa de zinco, ao sofrer oxidação, libera elétrons, formando o cátion Zn+2, que permanece na solução. Com isso, a placa tem seu tamanho diminuído e a solução fica com excesso de cátions;

  • Um cátodo- polo positivo- de cobre (formado por uma placa) imerso em uma solução formada por água e sulfato de cobre (CuSO4). Na solução, existem cátions cobre (Cu+2), os quais, ao receber os elétrons vindos do ânodo, transformam-se em cobre sólido (Cu) e aderem-se à placa. Com isso, a placa tem seu tamanho aumentado e a solução fica com deficiência de cátions;

  • Uma ponte salina, formada por uma solução de água e cloreto de potássio (KCl), que possui cátions potássio (K+) e ânions cloreto (Cl). Durante o funcionamento da pilha, cátions da ponte salina deslocam-se para a solução do cátodo, e os ânions da ponte salina deslocam-se para a solução do ânodo. Sem a ponte salina, a pilha não funciona!!!!

  • Um fio condutor conecta o ânodo ao cátodo.

Como funcionam as pilhas?

Uma pilha deve gerar energia elétrica.  Para que exista energia elétrica, faz-se necessária a existência de corrente elétrica. Podemos entender corrente elétrica como, cargas em movimento ordenado em um condutor elétrico, podendo ele ser sólido ou uma solução eletrolítica. Mas para que as cargas se movimentem dessa maneira, faz-se necessária a existência de uma diferença de potencial elétrico (ddp).

Pois bem, basicamente uma pilha tem a seguinte estrutura: dois eletrodos metálicos imersos em um condutor elétrico. A ddp em uma pilha é gerada por conta das reações de oxirredução. Em um dos eletrodos, elétrons são gerados por meio de reações de oxidação, criando um acúmulo de cargas negativas em um ponto da célula galvânica. É esse acúmulo de elétrons que cria uma disparidade de potencial elétrico dentro do sistema. Com a diferença de potencial, os elétrons migram ordenadamente para o outro eletrodo, acumulando-se na sua superfície e propiciando reações de redução. Esse processo continua até que a massa do eletrodo em que ocorreu a oxidação acabe, cessando assim a reação química.

EXERCÍCIOS:

1- As pilhas e as baterias são dispositivos nos quais uma reação espontânea de oxidorredução transforma energia química em energia elétrica. Portanto, sempre há uma substância que se reduz, ganhando elétrons, que é o cátodo, e uma que se oxida, perdendo elétrons, que é o ânodo.  Abaixo, temos um exemplo de uma pilha eletroquímica:

A respeito dessa pilha, responda:

a)      Qual eletrodo, A ou B, está sofrendo redução e qual está sofrendo oxidação?

b)      Qual eletrodo é o cátodo e qual é o ânodo?

c)      Escreva a semirreação que ocorre nos eletrodos A e B e a reação global da pilha.

 

d)     A concentração dos íons B3+ e A2+ aumenta ou diminui?

e)      Ocorre corrosão ou deposição dos eletrodos A e B?

RESPOSTAS:

 a) Preste atenção que a corrente elétrica está indo de B → A : sentido dos elétrons. Então eletrodo B está sendo corroído , liberando elétrons para a corrente elétrica e soltando cátions B+3 

b) O eletrodo B está sofrendo oxidação, logo é o polo negativo da pilha, ou ânodo. O eletrodo A recebe os elétrons, que combinados com seus cátions imersos na solução, forma um metal que adere ao eletrodo. Logo é o polo positivo da pilha ou cátodo.

c) Semi reações:

Semirreação do ânodo: B(s) → B3+(aq) + 3 e-
Semirreação do cátodo: A2+(aq) + 2 e-  → A(s) 

Para encontrar a equação que representa a reação global dessa pilha, teremos que multiplicar a semirreação do ânodo por 2 e a do cátodo por 3, para poder igualar os elétrons que foram transferidos e recebidos nos eletrodos:

Semirreação do ânodo: 2 B(s)  → 2 B3+(aq) + 6 e-
Semirreação do cátodo: 3 A2+(aq)  + 6 e-  → 3 A(s) 

Reação Global: 2 B(s) +3 A2+(aq) → 2 B3+(aq)+ 3 A(s) é a soma das duas reações acima.

d) Conforme mostra a reação global, a concentração de B3+ aumenta e de A2+ diminui.

e)      Haverá deposição sobre o eletrodo A e corrosão do eletrodo 

2) A equação seguinte indica as reações que ocorrem em uma pilha:

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

Podemos afirmar que:

a) O zinco metálico é o cátodo

b) O íon cobre sofre oxidação.

c) O zinco metálico sofre aumento de massa.

d) O cobre é o agente redutor.

e) Os elétrons passam dos átomos de zinco metálico aos íons de cobre.

Resposta: Na equação o zinco perde elétrons -oxidação- logo é o polo negativo ou ânodo. O cobre ganha elétrons- redução- logo é o polo positivo ou cátodo. Se os éltrons estão saindo do zinco, ele perde massa. Se os elétrons estão chegando no cobre, ele aumenta de massa. A solução de zinco fica mais concentrada e a solução de cobre, mais diluida. Os elétrons vão de Zn—> Cu ( sentido da corrente elétrica) – letra E ( correta)

3-

Considere a pilha representada abaixo.

Cu(s)/ Cu2+ // Fe3+, Fe2+ / Pt(s) OBSERVE ESSA FORMA DE ESCREVER AS REAÇÕES QUE OCORREM EM UMA PILHA:

  • SEMPRE A PRIMEIRA PARTE É OXIDAÇÃO // ( QUE SIGNIFICA PONTE SALINA) E SEGUNDA PARTE É REDUÇÃO –

Assinale a afirmativa falsa.

a) A reação de redução que ocorre na pilha é: Cu2+ + 2 e– → Cu(s) F

b) O eletrodo de cobre é o ânodo. v

c) A semi-reação que ocorre no cátodo é Fe3+ + e → Fe2+. V

d) A reação total da pilha é: 2 Fe3+ + Cu → 2 Fe2+ + Cu2+ V

e) Os elétrons migram do eletrodo de cobre para o eletrodo de platina com ferro

3) Determine o valor da ddp da pilha Ca / Ca2+ // Pb2+ / Pb sabendo que: ( Lembre que para calcular a ddp é sempre E0maior – E0menor ( sendo os dois ou de oxidação ou de redução!!!)

Ca2+ + 2 e → Ca, Eo = – 2,76 V;

Pb2+ + 2 e → Pb, Eo = – 0,13 V.

a) + 2,89 V

b) + 2,63 V

c) – 2,89 V

d) – 2,63 V

e) + 2,73 V

Resposta: as duas reações são de redução, ambas ganham elétrons: Atenção: como são números negativos, -0,13 > que -2,76 !!!!!

-0,13-(-2,76) = 2,63 V

NÃO TEM DDP NEGATIVA ,POIS ELA SIGNIFICA UMA REAÇÃO NÃO ESPONTÂNEA!!!

mais exercícios passo a passo: https://l-xquimica.com/pilhas-de-daniell-exercicios-passo-passo

pesquisa: mundoeducacao.uol.com.br ; todaamateria.com.br; imagens Google.

essa aula foi totalmente refeita em 24/11/2021.

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