Transformações químicas e eletricidade

TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS E ELETRICIDADE

Em nosso dia a dia presenciamos muitos fenômenos que ocorrem com o envolvimento de eletricidade: os raios que caem em uma tempestade, funcionamento de eletrodomésticos, a atração dos nossos cabelos por um pente plástico e também a passagem de corrente por diversos materiais (soluções iônicas).

A energia elétrica pode ser obtida por pilhas e baterias, pela ocorrência de transformações químicas e, para isso, são utilizados dois sólidos condutores associados com soluções aquosas condutoras ou pastas feitas a partir de materiais iônicos.

Pilha

O pólo positivo (cátodo) é sempre o eletrodo onde acontece redução, exemplo do cobre. O pólo negativo (ânodo) é onde acontece a oxidação, exemplo do zinco. Quando ocorre reação de redução, sempre deve acontecer outra reação que seja de oxidação.

                             

Poder relativo de oxidação e redução

Existe uma série de reatividade dos metais conhecidos e mostram a facilidade com que eles sofrem redução ou oxidação quando combinados com os outros.

è  Caráter oxidante crescente  è

K

Na

Ca

Mg

Al

Zn

Fe

Ni

Sn

Pb

Cu

Ag

Au

ç   Caráter redutor crescente   ç

Reações de oxirredução

A palha de aço colocada em uma solução de CuSO₄, provoca uma mudança na coloração da solução e também na palha de aço. O descoramento da solução de CuSO₄ ocorreu em função da transformação dos íons Cu²⁺ em cobre metálico.

Ocorrerá reação de deslocamento entre um metal e um íon metálico se, na série de reatividade, o metal estiver situado à esquerda do elemento que forma o íon metálico. Assim o Alumínio reage com solução aquosa de sulfato de cobre II, mas não reage com solução aquosa de cloreto de sódio. O que ocorre se colocarmos um parafuso de cobre e uma porca de zinco imersa em uma solução de ácido clorídrico diluída. Consultando a série de reatividade dos metais o cobre não reagirá e o zinco sim.

Essas associações metais/íons irão resultar na ocorrência de reações de oxirredução espontâneas. Esse tipo de reação que possibilita o funcionamento das pilhas, a partir daí é possível escolher os materiais que podem ser empregados na sua construção.

Pilha

É uma célula constituída por duas semicelulas, uma é o ânodo e outra é o cátodo.

Pilha seca comum, de rádios

Zn(s) + MnO₂(s) + 2H₂O è Zn²⁺ (aq) + Mn(OH)₂(s) + 2OH-(aq)

Potencial elétrico da pilha é a diferença entre os potenciais de seus eletrodos.

∆E^o  = zinco + cobre

Potencial padrão de redução

Zinco:-0,76

Cobre: + 0,34

∆E^o = (eletrodo cátodo) – (eletrodo ânodo)

∆E^o = (0,34V) – (-0,76V)

∆E^o = +1,10V

Bateria

É um conjunto de células ligadas em série, intercalando pares de ânodo-cátodo. Exemplo: bateria de automóvel.

Desvantagem: elevado peso e risco de contaminação ambiental.

Vantagem: possibilidade de reversão das reações. Depois de dada a partida, o motor aciona um gerador que fornece energia elétrica para a recarga da bateria.

Bateria chumbo-ácido: automóveis

Pb(s) + PbO₂(s) + 2HSO^-₄(aq) + 2H-(aq) è 2PbSO₄(s) + 2H₂O

Eletrolise

Eletrólise é o processo de indução de reações químicas de oxidação e redução não espontâneas, pela passagem de corrente elétrica em soluções iônicas ou em sais fundidos.

O processo de eletrolise é um método responsável pela obtenção de várias substâncias importantes, como cloro, hidróxido de sódio, hidrogênio. Na eletrólise, o pólo onde ocorre redução é o negativo e o pólo onde ocorre oxidação é o positivo.

Eletrólise da salmoura

Semi-reação anódica (eletrodo positivo) – oxidação

2Cl^1-(aq) è Cl₂(g) + 2é

Semi-reação catódica (eletrodo negativo) – redução

2Na + 2H₂O(l) + 2é è H₂ + 2NaOH^1-(aq)

A soda cáustica (hidróxido de sódio) é usada na fabricação de sabões e detergentes.

Se os produtos se misturarem, ocorrem reações secundárias:

2NaOH + Cl₂ → NaOCl + H₂

ou

2OH + Cl₂ →2OCl + H₂

e no ânodo pode ocorrer, até certo ponto, outra reação:

4OH →2H₂O + 4e

Na eletrólise o pólo positivo é o ânodo e o negativo é o cátodo. Na pilha é o contrário.

	eletrólise	pilha
Pólo positivo	ânodo	cátodo
Pólo negativo	cátodo	ânodo

Os minérios mais comuns utilizados na obtenção de cobre são a calcopirita (CuFeS₂), a calcosita (Cu₂S), a azurita (CuCO₃) e a cuprita (Cu₂O). Os minérios são triturados, passam por processos de purificação e os produtos são submetidos a vários tratamentos térmicos. Esta mistura é purificada através de um processo eletrolítico no qual se formará cobre com 99% de pureza.

O alumínio é obtido a partir da bauxita – minério composto principalmente por Al(OH)₃, que ao interagir com uma solução de soda cáustica, sofre transformações químicas, produzindo a alumina (Al₂O₃).

O óxido de alumínio Al(OH)₃, ao passar por uma corrente elétrica em criolita fundida(NaAlF₆), obtém-se alumínio fundido e oxigênio.

2Al³⁺ (dissolvido) + 3º^2- (dissolvido) è 2Al + O₂.

Galvanização

A Galvanização ou eletrodeposição é todo o processo eletrolítico que consiste em revestir superfícies de peças metálicas com outros metais. Este revestimento é feito, geralmente, para proteger a peça da corrosão e/ou como acabamento estético. Na galvanização utiliza-se dois eletrodos mergulhados numa solução eletrolítica ligados a uma fonte de corrente. A peça a ser revestida deve funcionar como cátodo (deve estar ligada ao pólo negativo da fonte). O ânodo, ligado ao pólo positivo da fonte, pode ser de um material inerte ou constituído pelo metal que se quer revestir a peça. A solução eletrolítica deve conter como eletrólito um sal que contem cátions do mesmo metal.

Um dos principais usos do zinco metálico é a proteção do ferro contra a corrosão. O ferro é mergulhado em zinco fundido ou recoberto eletroquimicamente.

LIXO ELETRÔNICO: Não devolva para a natureza o que ela não criou. Os perigos:

Na composição dos equipamentos eletrônicos existem substâncias tóxicas como mercúrio, chumbo, cádmio, belírio e arsênio – altamente perigosos à saúde humana. Além disso, para se produzir os aparelhos também são utilizados compostos químicos retardantes de chamas e PVC, que demoram séculos para se decompor no meio ambiente. Em contato com o ar, as águas e o solo, e por exposição direta ou indireta via água de abastecimento e alimentos, essas substâncias podem distúrbios no sistema nervoso, problemas renais e pulmonares, câncer e outras doenças, podendo, inclusive, afetar o cérebro.

Os metais pesados, com alta concentração no lixo eletrônico, têm a propriedade da bioacumulação nos organismos vivos e, dessa forma, se estender por toda a cadeia trófica, isto é, toda a cadeia alimentar, chegando ao topo onde se encontra o homem.

http://www.ambiente.sp.gov.br/mutiraodolixoeletronico/perigos.htm

Exercícios eletricidade e transformação química II

      1)      Na pilha o metal mais reativo é aquele que tem maior tendência de sofrer oxidação. Identifique numa pilha qual é o cátodo e qual é o ânodo:

  a) pólo positivo_______b) pólo negativo______

2)      Corrente elétrico é o movimento ordenado de partículas carregadas eletricamente. Qual é o sentido dos elétrons numa pilha: do pólo_________para o pólo_________

3)      Eletrólise é o sistema onde a corrente elétrica provoca uma reação química. Dê um exemplo de processo de eletrólise.

4)      Colocando a palha de aço numa solução de sulfato de cobre, percebe-se que a palha de aço muda de cor, adquirindo a cor do cobre metálico. Qual é o metal mais reativo, o cobre ou ferro?

5)      Soda cáustica e cloro são obtidos a partir da eletrólise de:

   a) cloreto de sódio       b|) óxido de alumínio           c) tetracloreto de carbono