Pilhas
· Oxidação: é a perda de elétrons por um elemento químico (ou aumento de seu número de oxidação)
· Redução: é o ganho de elétrons por um elemento químico (ou a diminuição de seu número de oxidação)
· Oxidante: é o elemento (ou substância) que provoca oxidações (ele próprio se reduzindo).
· Redutor: é o elemento (ou substância) que provoca reduções (ele próprio se reduzindo).
· Eletroquímica: é o estudo das reações de oxi-redução que produzem ou são produzidas pela corrente elétrica.
De fato, nas pilhas e acumuladores ocorrem reações espontâneas que produzem corrente elétrica; pelo contrário, nos processos de eletrólise (como, por exemplo, na cromação de um pára-choque de automóvel) será a corrente elétrica que irá produzir uma reação química.
Pilha de Daniell
Essa pilha ou célula eletroquímica baseia-se na seguinte reação de oxi-redução:
Zn + CuSO4 ® Zn SO4 + Cu
São os elétrons que passam do Zn ao Cu2+, que produzem a corrente elétrica.
A montagem da pilha de Daniell é a seguinte:
Existe dois compartimentos, chamados MEIAS-CÉLULAS, separados por uma porcelana porosa:
- no compartimento da esquerda (meia-célula do zinco), existe uma chapa de zinco mergulhada em solução aquosa de sulfato de zinco; considerando-se que o zinco tem uma tendência espontânea para perder elétrons, temos: Zn ® Zn2+ + 2 e- (é a semi-reação de oxidação), desse modo, a chapa de zinco “solta” elétrons para o circuito externo (dizemos, então, que a chapa de zinco é o eletrodo negativo ou ANODO);
- no compartimento da direita (meia-célula do cobre), existe uma chapa de cobre mergulhada em solução aquosa de sulfato cúprico; considerando-se que o Cu2+ tem uma tendência espontânea para receber elétrons, temos: Cu2+ + 2e- ® Cu (é a semi-reação de redução); desse modo, o Cu2+ “captura” elétrons do circuito externo, através da chapa de cobre, que se torna positiva (dizemos, então, que a chapa de cobre é o eletrodo positivo ou CATODO); veja também que a soma das duas equações anteriores fornece a equação geral da pilha:
A porcelana porosa deve impedir a mistura das duas soluções, mas deve permitir a passagem dos íons que estão sendo atraídos ou repelidos pelas forças elétricas. Após certo tempo de funcionamento da pilha, vamos notar que a chapa de zinco está corroída, a chapa de cobre aumentou devido à deposição de cobre e as concentrações das soluções se alterarem. Tudo isso é consequência da própria reação geral de funcionamento da pilha: Convencionou-se representar a pilha de Daniell ( e as demais pilhas ) esquematicamente da seguinte maneira:
Zn, Zn2+ (1M) K | Cu2+ (1M), Cu (25ºC)
Ou
Zn | Zn2+ (1M) || Cu2+ (1M) | Cu (25ºC)
Onde estão indicados os eletrodos, as molaridades das soluções e a temperatura de funcionamento da pilha. Resumindo, podemos dizer que a Pilha ou Célula Eletroquímica é um dispositivo que transforma energia química em energia elétrica. Isso é conseguido, por meio de uma reação de oxi-redução, com o oxidante e o redutor separados em compartimentos diferentes, de modo que o redutor seja obrigado a entregar os elétrons ao oxidante através de um circuito externo (fio).
Pilhas comuns
Na prática, as pilhas mais comuns são:
Acumulador ou bateria de automóvel;
Formado por placas de chumbo e placas contendo dióxido de chumbo e cujas reações são:
Pilhas secas; São as pilhas comuns (usadas em lanternas, rádios portáteis, etc.), formadas por um invólucro de zinco recheado por uma pasta úmida contendo MnO2 e NH4Cl, e cujas reações são:
Medida de diferencial de potencial de pilha
Fatores
Os fatores que influenciam na diferença de potencial. Variando-se os metais (ou melhor dizendo, variando-se o oxidante e o redutor), podemos obter uma infinidade de pilhas diferentes, que nos fornecerão diferentes voltagens ou forças eletromotrizes (fem) ou diferenças de potencial (ddp). Isso depende fundamentalmente:
- da natureza dos metais formadores da pilha (ou seja, da natureza do oxidante e do redutor);
- das concentrações das soluções empregadas;
- da temperatura da pilha.
Como decorrência do exposto acima, considerando-se como condições padrão de uma pilha:
- a concentração 1 molar para as soluções;
- a temperatura de 25ºC para a pilha.
Eletrodo-padrão de hidrogênio
Para as medidas eletroquímicas, foi escolhido arbitrariamente como padrão o denominado Eletrodo-padrão (ou normal) de Hidrogênio, ao qual foi atribuído, também arbitrariamente, o potencial de zero volt. Sua montagem esquemática é:
A reação desse eletrodo é:
H2(g) + 2e- « 2 H+(aq)
Montando-se, em condições padrão, a pilha esquematizada a seguir:
Teremos as seguintes reações: Medindo-se a voltagem dessa pilha, encontraremos 0,76 volt. Esse valor é determinado então Potencial Normal ou Potencial Padrão ou Potencial Meia-Célula ou Potencial de Oxi-Redução do zinco e é indicado por Eº.
Tabela dos potenciais-padrão
Confrontando todos os metais com o eletrodo-padrão de hidrogênio, iremos medir os seus Eº e poderemos então organizar uma tabela de seus potenciais-padrão de eletrodo.
Na verdade, essa medida não é privativa dos metais; podemos fazê-la também com os não-metais e, de um modo mais geral, com todos os oxidantes e redutores. Teremos, então, a tabela dos potenciais-padrão de eletrodo ou de oxi-redução (Eº), para soluções aquosas 1 molar, a 25ºC e 1 atm, de qualquer oxidante ou redutor, como vemos a seguir. Desde já, é bom assinalar que, multiplicando-se as equações por um número qualquer, os valores de Eº não serão alterados.
