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Relatório 1 - Eletroquímica, Trabalhos de Eletroquímica

Observar os fenômenos da eletroquímica, construir a pilha de Daniell e medir seu potencial voltaico e testar parâmetros da pilha como a influência de soluções de hidróxidos e sulfetos.

Tipologia: Trabalhos

2021

Compartilhado em 27/06/2021

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iago-almeida-4 🇧🇷

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Cinética e eletroquímica, Iago de Almeida Pereira, Experimento 1
1
Conceitos de eletroquí mica e a pilha
de Daniell
Experimento 1
Iago de Almeida Pereira
Departamento de Química Fundamental, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil
Professor: Jorge Luiz Neves
Data da prática: 31/05/2021; Data de entrega do relatório: 14/06/2021
Suma rio
Introdução .................................................... 1
Metodologia ................................................. 2
Resultados e Discussão ................................ 2
Conclusão ..................................................... 4
Referências ................................................... 4
Questões ...................................................... 4
Introdução
A eletroquímica está presente no nosso dia-a-
dia. As pilhas, rede elétrica, baterias, são exemplos
do qual presente ela está em nossa vida. Cada vez
mais a eletroquímica ganha força para as ciências
aplicadas como também a tecnologia. A
eletroquímica estuda as reações químicas
espontâneas que produzem eletricidade e o uso
da eletricidade para forçar outras reações
químicas não-espontâneas.
As pilhas ou células eletroquímicas capazes de
transformar energia química em energia elétrica
por meio de reações espontâneas de oxirredução
(em que há transferência de elétrons). A célula
galvânica é uma célula eletroquímica em que uma
reação química é usada para gerar corrente
elétrica um exemplo é a pilha de Daniell, trata-se
de uma reação de óxido-redução em que o zinco
sofre oxidação e os íons cobre (II) sofrem redução.
O zinco sofre oxidação e seu número de oxidação
aumenta. Já o íon Cu2+ sofre redução e seu número
de oxidação diminui.
Figura 1: Esquema da pilha de Daniell
Cada átomo de Zn0 manda dois elétrons
pelo fio conector e passa para a solução na forma
de Zn2+, que provoca a corrosão da placa fazendo
com que a solução fique mais concentrada de íons
zinco. Fazendo com que essa solução tenha
excesso de cargas positivas. No mesmo momento,
a outra solução fica menos concentrada em íons
Cu2+ e tendendo ao acúmulo de cargas negativas.
Ao acontecer isso a pilha para de funcionar, pois o
excesso de carga negativa na solução de cobre iria
repelir os elétrons vindos do zinco. Este acumulo é
evitado quando uma ponte salina e colocada, um
tubo em “U”, preenchido com um sal que não
venha a interferir no processo como o KCl. Ou
seja, o excesso de cátions é compensado pela
migração de íons Cl provenientes da ponte salina
para a solução de zinco. E o excesso de ânions é
compensado pela migração de íons K+ vindos da
ponte salina para a solução de cobre. Portanto, a
presença da ponte salina permite que a pilha
continue funcionando.
Este experimento tem como principal objetivo
construir e investigar a pilha de Daniell.
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Conceitos de eletroquímica e a pilha

de Daniell

Experimento

Iago de Almeida Pereira Departamento de Química Fundamental, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil Professor: Jorge Luiz Neves Data da prática: 31 / 05 / 2021 ; Data de entrega do relatório: 14 / 06 / 2021

Suma rio

Introdução .................................................... 1 Metodologia ................................................. 2 Resultados e Discussão ................................ 2 Conclusão ..................................................... 4 Referências ................................................... 4 Questões ...................................................... 4

Introdução

A eletroquímica está presente no nosso dia-a- dia. As pilhas, rede elétrica, baterias, são exemplos do qual presente ela está em nossa vida. Cada vez mais a eletroquímica ganha força para as ciências aplicadas como também a tecnologia. A eletroquímica estuda as reações químicas espontâneas que produzem eletricidade e o uso da eletricidade para forçar outras reações químicas não-espontâneas. As pilhas ou células eletroquímicas capazes de transformar energia química em energia elétrica por meio de reações espontâneas de oxirredução (em que há transferência de elétrons). A célula galvânica é uma célula eletroquímica em que uma reação química é usada para gerar corrente elétrica um exemplo é a pilha de Daniell, trata-se de uma reação de óxido-redução em que o zinco sofre oxidação e os íons cobre (II) sofrem redução. O zinco sofre oxidação e seu número de oxidação aumenta. Já o íon Cu2+^ sofre redução e seu número de oxidação diminui. Figura 1 : Esquema da pilha de Daniell Cada átomo de Zn^0 manda dois elétrons pelo fio conector e passa para a solução na forma de Zn2+, que provoca a corrosão da placa fazendo com que a solução fique mais concentrada de íons zinco. Fazendo com que essa solução tenha excesso de cargas positivas. No mesmo momento, a outra solução fica menos concentrada em íons Cu2+^ e tendendo ao acúmulo de cargas negativas. Ao acontecer isso a pilha para de funcionar, pois o excesso de carga negativa na solução de cobre iria repelir os elétrons vindos do zinco. Este acumulo é evitado quando uma ponte salina e colocada, um tubo em “U”, preenchido com um sal que não venha a interferir no processo como o KCl. Ou seja, o excesso de cátions é compensado pela migração de íons Cl–^ provenientes da ponte salina para a solução de zinco. E o excesso de ânions é compensado pela migração de íons K+^ vindos da ponte salina para a solução de cobre. Portanto, a presença da ponte salina permite que a pilha continue funcionando. Este experimento tem como principal objetivo construir e investigar a pilha de Daniell.

Metodologia

MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

  • Água destilada (H 2 O);
  • Solução de cloreto de potássio 1 M (KCl);
  • Solução de hidróxido de sódio 1,75 M (NaOH);
  • Solução de nitrato de prata 0,1 M (AgNO 3 );
  • Solução de sulfato de cobre II 0,1 M (CuSO 4 );
  • Solução de sulfato de ferro II 0,1 M (FeSO 4 );
  • Solução de sulfato de zinco 0,1 M (ZnSO 4 );
  • 01 bastão de vidro;
  • 05 béqueres de 100 mL;
  • 03 pipetas graduadas de 10 mL;
  • 02 placas de Petri;
  • 03 tubos de ensaio;
  • 01 Cordão;
  • 01 lâmina de cobre;
  • 01 lâmina de zinco;
  • 02 pedaços de fio de cobre cerca de 10 cm;
  • 01 placa de cobre com área de (2 x 3) cm^2 ;
  • 01 placa de zinco com área de (2 x 3) cm^2 ;
  • 01 prego de ferro;
  • Lixa;
  • 02 papéis de filtro;
  • Papel-toalha;
  • Pinça metálica; PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Teste do poder redutor de metais Os dois pedaços de fio de cobre foram lixados, lavados com água destilada e secos com papeis- toalha. Com pipeta automática, foram colocados 3 mL de solução de sulfato de ferro II (FeSO 4 ) 0,1 M em um tubo de ensaio e 3 mL de solução de nitrato de prata (AgNO 3 ) 0,1 M em outro tubo. Foi colocado um pedaço de fio de cobre em cada tubo e deixado e, repouso. Um prego de ferro foi lixado, lavado com água destilada e seco com papel- toalha. Com uma pipeta automática, foi colocado 3 mL de sulfato de cobre II 0,1 M em um terceiro tubo de ensaio. E o prego foi colocado neste terceiro tubo e deixado em repouso. Construção de uma pilha de Daniell Foi colocado um pouco de solução de cloreto de potássio (KCl) 1 M em um béquer de 100 mL. Logo após o cordão foi mergulhado na solução deixando-o encharcado de KCl. As lâminas de zinco e cobre foram lixadas, lavadas com água destilada e secas com papel- toalha. Foram colocados 70 mL de solução de sulfato de zinco 0,1 M em um béquer de 100 mL e de solução de sulfato de cobre II 0,1 M em outro béquer de 100 mL. A lâmina de zinco foi mergulhada na solução de ZnSO 4 e a lâmina de cobre na solução de CuSO 4. O terminal positivo do voltímetro foi conectado à lâmina de cobre e o negativo, à lâmina de zinco. As extremidades do cordão com KCl foram inseridas nas soluções de ZnSO 4 e CuSO 4. O voltímetro foi ligado e com isso realizada a leitura do potencial. Teste do efeito do hidróxido na pilha de Daniell Foi adicionado 20 mL de solução de hidróxido de sódio (NaOH) 1,75 M a um béquer com solução de CuSO4. Em seguida, foi realizada a leitura do potencial no voltímetro assim como a observação da aparência da solução no béquer após a mistura. Teste do efeito da concentração do CuSO 4 na pilha de Daniell Foi realizada uma diluição seriada da solução original de 0,1M para três novas soluções de 1x10- (^3) , 1x10- (^5) e 1x10- (^7) M e realizada a medida no voltímetro.

Resultados e Discussão

Teste do poder redutor de metais Tubo de ensaio (1): (Fio de Cobre) + (FeSO 4 ) FeSO 4 + Cu^0 → CuSO 4 + Fe^0 No tubo de ensaio (1), não foi observado nenhuma mudança visto que o cobre é tem maior potencial de redução em relação ao ferro, podemos explicar através dos potenciais e das semi-reações: Fe2+^ + 2e → Fe^0 E^0 = - 0,44 V Cu2+^ + 2e → Cu^0 E^0 = +0,34 V ΔE = ΔEoxi + ΔEred ΔE = - 0 ,34 + (- 0,44) = - 0,78 V Observamos que essa reação não iria acontecer espontaneamente. Tubo de ensaio (2): (Fio de Cobre) + (AgNO3) 2 AgNO 3 + Cu^0 → 2 Ag^0 + Cu (NO 3 ) 2 No tubo de ensaio (2) contendo a solução de nitrato de prata, pode-se observar que ao adicionar o cobre, após certo tempo o fio de cobre ficou completamente coberto pela prata

Conclusão

Os resultados obtidos na prática foram os esperado de se obter. Podemos observar a interação redutora em alguns metais e visualmente perceber características das reações de oxirredução. Foi construída também uma pilha de Daniell que chegou muito próximo do valor real, e testados algumas interações que acontecem quando se altera o ambiente da pilha.

Referências

[ 1 ]http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimic a/pilha-daniell.htm <acessado 14 de julho de 2021 às 12:44> [ 2 ] ATKIN S P. W.; JO N ES, L. Princípios de Química, Editora Bookman, 5ª ed., Porto Alegre, 2012 [3]https://www.infoescola.com/quimica/reativid ade-quimica-de-metais-e-nao-metais/ <acessado 14 de julho de 2021 às 12:44> [4]https://www.infoescola.com/eletroquimica/po tencial-de-reducao/exercicios/ <acessado 14 de julho de 2021 às 12:44>

Questões

  1. Consulte uma tabela de potenciais e calcule o potencial para cada reação química do item 4.1, baseado nos valores desses potenciais, qual é o metal com maior caráter redutor? R - Cálculos expressos nos resultados e discussão, dos metais utilizados o que mais apresenta caráter redutor (agente redutor) é o ferro pois seu potencial de redução é baixo e ele tende a oxidar.
  2. Suponha que você tenha um soldadinho de chumbo e que deseja protegê-lo da corrosão. Isto pode ser feito guardando-o numa solução adequada. Entre as soluções utilizadas no item 4.2, qual (ou quais) você escolheria para proteger o brinquedo? R – Dentre as soluções listadas, a melhor seria a de sulfato de zinco, já que pela equação de potencial Zn 2+(aq) + 2 e-^ → Zn(s) E = - 0,76 (reduz) Pb(s) → Pb2+(aq) + 2e-^ E = + 0,13 (oxida) ΔE^0 = Eoxi Pb2+^ + Ered Zn2+^ → +0,13 + (-0,76) = - 0,63 reação não espontânea
  3. Explique a função da ponte salina numa pilha. R - A ponte salina numa pilha tem a função de permitir a migração de íons entre as soluções das semicelas, com a neutralização, permitindo assim que a pilha funcione por mais tempo.