ELETROQUÍMICA

§  O que é?

A eletroquímica é basicamente a transformação de energia química para energia elétrica, e vice-versa.

§  Como é gerada?

Essas transformações ocorrem através da redução e da oxidação de elétrons, mais conhecida como reação de oxirredução.

A transformação que perde elétrons passa por uma oxirredução e fica com o nox (número de oxidação) maior.

Já a transformação que ganha elétrons passa por uma redução e com isso o seu nox fica menor.

§  Aonde encontramos?

o   Na Medicina: Está presente no marca-passo usado por pacientes com problemas cardíacos.

o   Nas Indústrias: Estão presentes, na galvanoplastia que é um processo usado para cromar peças de automóveis como, por exemplo, os para-choques e na fabricação de semijoias.

o   Em Casas: Podem ser encontradas em brinquedos infantis, lanternas, controles de TVs e etc.

§  Pilhas e Baterias

Dentro das pilhas são colocadas certas substâncias químicas que reagem simplesmente transferindo elétrons por meio da reação de oxirredução. As pilhas possuem dois eletrodos, que são:

o   Ânodos: polo negativo que ocorre a oxirredução

o   Cátodo: polo positivo que ocorre a redução

As baterias se constituem de placas positivas e negativas, mergulhadas numa solução aquosa chamada eletrólito ou mergulhadas em um gel pastoso.

As pilhas e baterias também possuem um eletrólito, que é uma solução condutora de íons. Assim, forma-se um fluxo de elétrons entre esses polos que resulta na formação de uma corrente elétrica que pode ser utilizada para que diversos aparelhos elétricos funcionem.

As pilhas e baterias podem ser classificadas em primárias ou secundárias, sendo que as primárias são recarregáveis e as secundárias não.

§  Pilhas e Baterias Primárias

Quando o reagente é todo consumido e a reação de oxirredução que ocorre dentro delas para, essas pilhas devem ser descartadas.

o   Pilha seca de Leclanché ou pilha ácida: Também chamada de pilha de zinco/dióxido de manganês, pois o seu ânodo é um invólucro de zinco; enquanto o cátodo formado por um bastão de grafite que fica no centro e está envolvido por uma camada de dióxido de manganês, carvão em pó e uma pasta úmida de cloreto de amônio e cloreto de zinco. Ex:

Ânodo: Zn (s) → Zn2+(aq) + 2 e-

Cátodo: 2 MnO2(aq) + 2 NH4 1+(aq) + 2e- → 1 Mn2O3 (s) + 2NH3(g) + 1 H2O(l)

Reação Global: Zn (s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH41+(aq) → Zn2+(aq) + 1 Mn2O3(s) + 2NH3(g)

o   Pilha alcalina: tem o mesmo esquema da pilha de zinco/dióxido de manganês, porém, com a diferença de que o eletrólito é uma base, e não um ácido. No lugar do cloreto de amônio é utilizado o hidróxido de sódio ou de potássio. Ex:

Ânodo: Zn + 2 OH → ZnO + H2O + 2e-

Cátodo: 2 MnO2 + H2O + 2e-→ Mn2O3 + 2 OH

Reação global: Zn +2 MnO2→ ZnO + Mn 2O3

o   Baterias de lítio:O ânodo é o lítio, o cátodo é o dióxido de manganês, e o eletrólito é uma solução salina. Ex:

Semirreação do Ânodo: Li → Li+ + e−

Semirreação do Cátodo: MnO2 + Li+ + e− → MnO2(Li)

Reação global: Li + MnO2 → MnO2(Li)

§  Pilhas e Baterias Secundárias

Podem ser recarregadas por um carregador específico do próprio aparelho, ou seja,as reações envolvidas no funcionamento desses aparelhosacontecem no sentido contrário, corrigindo os reagentes e permitindo que a bateria seja utilizada novamente.

o   Baterias de chumbo usadas em automóveis:O ânodo dessa bateria é formado por placas de chumbo metálico e o cátodo é formado por placas de chumbo coberto de PbO2(s). O chumbo oxida-se, perdendo elétrons, enquanto o dióxido de chumbo reduz-se, ganhando elétrons. Ex:

Ânodo: Pb +HSO41-+ H2O ↔ PbSO4 + H3O1+ + 2e-

Cátodo: PbO2 + HSO41-+ 3H3O1+ + 2e-↔ PbSO4 + 5 H2O

Reação global: Pb + PbO2 + 2 HSO41-+ 2 H3O1+↔ 2 PbSO4 + 4 H2O

o   Bateria de celular:O cátodo dessa bateria é um composto de óxido de lítio e cobalto, e o ânodo é o carbono, sendo que esses dois eletrodos estão separados por um eletrólito não condutor.

O seu funcionamento ocorre pelo movimento dos íons de lítio do ânodo em direção ao cátodo através do eletrólito. Ex:

Ânodo: LiyC6 (s) + y Li+(solv) + y e-→Lix+yCoO2(s)

Cátodo: LixCoO2 (s) + y Li+(s) + y e-→Lix+yCoO2(s)

Reação Global: LiyC6(s) → 6 C (s) + y Li+ (solv) + y e-

o   Pilha ou Bateria de níquel/cádmio:O ânodo dessa bateria é uma liga de ferro e cádmio, e o cátodo é coberto por uma camada de óxido de níquel III. Ex:

Ânodo: 1Cd(s) + 2 OH-(aq) → 1 Cd(OH)2(s) + 2e-

Cátodo: 2 NiOOH + 4 H2O(?) + 2e- → 2 Ni(OH)2 . H2O(s) +2 OH-(aq)

Reação global: 1 Cd(s) + 2 NiO(OH) + 2 H2O(?) → 1 Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s)

o   Bateria de Hidreto Metálico/Óxido de Níquel:Semelhante a bateria de níquel-cádmio, mas com a modificação de que o ânodo é constituído por uma liga metálica que contém hidrogênio absorvido, formando um hidreto metálico. Ex:

Ânodo: MH(s) + OH-(aq) → M(s) + H2O(?) + e-

Cátodo: NiOOH(s) + 2 H2O(?) + e- → Ni(OH)2 . H2O(s) + OH-(aq)

Reação global: 1 Cd(s) + 2 NiO(OH) + 2 H2O(?) → 1 Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s)

§  Diferença entre as Pilhas e Baterias

As pilhas possuem somente dois eletrodos, enquanto isso, as baterias são formadas por várias pilhas conectadas em série ou em paralelo, ou seja, possuem vários eletrodos, o que aumenta a sua voltagem.

§  Eletrólise

Uma forma inversa que ocorre também nas pilhas e baterias, onde a sua transformação passa de energia elétrica para energia química.A passagem de corrente elétrica vinda de uma pilha ou bateria, por um sistema líquido, produz reações de oxirredução.