QUMICA QUMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO Eduardo Leite

QUÍMICA

QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO Eduardo Leite do Canto – 3º ano ensino médio

Charles D. Winters/Science Source/Getty Images CAPÍTULO 9 – PILHAS • Uma placa de cobre e outra de zinco, bem limpas e lixadas, foram espetadas em um fruta cítrica, sem se tocar, lá dentro. • A cada metal foi conectada uma das extremidades dos fios de um voltímetro, que indicou haver uma diferença de potencial elétrico entre as placas. Uma placa de cobre e outra de zinco, bem limpas e lixadas, foram bem espetadas em uma fruta cítrica, sem se tocarem lá dentro. A cada metal foi conectada uma das extremidades dos fios de um voltímetro, que indicou haver uma diferença de potencial elétrico entre as placas. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 9 – PILHAS CELAS ELETROQUÍMICAS Há dois casos de particular interesse para a Eletroquímica: • O primeiro deles é o emprego controlado de reações espontâneas de oxirredução para gerar corrente elétrica. • O segundo caso é o uso da corrente elétrica para forçar a ocorrência de uma reação de oxirredução que não acontece espontaneamente, mas que é de interesse prático. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 9 – PILHAS Ilustrações: Adilson Secco O FUNCIONAMENTO DA PILHA DE DANIELL • O fato de a lâmpada acender também revela que há uma diferença de potencial elétrico entre as placas metálicas de cobre e zinco. Substituindo a lâmpada por um voltímetro, verifica-se que: • A diferença de potencial elétrico é de 1, 10 V; • O potencial do eletrodo de cobre é maior que o do eletrodo de zinco. Funcionamento da pilha de Daniell. (Representações esquemáticas em cores fantasiosas. ) QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 9 – PILHAS O FENÔMENO DA CORROSÃO • A corrosão é um processo eletroquímico, e os valores de potencial-padrão de semicela nos dão uma indicação de porque a corrosão ocorre e como ela pode ser prevenida. Adilson Secco • O ferro, na presença da água isenta de ar ou na presença de ar seco, praticamente não enferruja. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre Uma gota de água na superfície do ferro pode originar o meio aquoso eletrolítico para a corrosão. A oxidação do ferro acontece em um ponto fora de contato com o oxigênio do ar, e a superfície do metal age como um ânodo de uma célula galvânica minúscula. (Representação esquemática em corte lateral e com cores fantasiosas. ). Fonte: Elaborada a partir de ZUMDAHL, S. S. ; ZUMDAHL, S. A. Chemistry. 9. ed. Belmont: Brooks/Cole, 2014. p. 862.

CAPÍTULO 9 – PILHAS Adilson Secco A PROTEÇÃO DE UMA SUPERFÍCIE METÁLICA • Galvanizar o ferro ou o aço consiste em revesti-lo com zinco metálico para evitar sua corrosão. • Se o ferro galvanizado fosse "riscado" e exposto ao ar e à umidade, ele estaria sujeito a ser oxidado a Fe²⁺. • Como o zinco tem mais facilidade para se oxidar que o ferro, ele tende a se oxidar preferencialmente, mesmo que o ferro esteja exposto. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre Representação esquemática de proteção catódica do ferro por um ânodo de sacrifício de zinco (em corte lateral e com cores fantasiosas). Fonte: Elaborada a partir de BROWN, T. L. et al. Chemistry: The Central Science. 13. ed. Upper Saddle River: Pearson, 2015. p. 892.

CAPÍTULO 9 – PILHAS BATERIA DE NÍQUEL-CÁDMIO (NICAD) • Uma desvantagem das baterias nicad é que o cádmio é um metal pesado tóxico. • Seu uso aumenta o peso das baterias e oferece sério risco ao meio ambiente. • Atualmente, são substituídas, com vantagem, por outros modelos mais avançados e com menor risco ambiental. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 9 – PILHAS BATERIA DE ÍON LÍTIO Vantagens: • São mais leves do que outros tipos de baterias recarregáveis do mesmo tamanho; • Mantêm relativamente bem a carga, pois, quando não estão em uso, a autodescarga é muito lenta. • Não apresentam efeito memória. • Suportam centenas de ciclos de carga/descarga. • Oferecem risco ambiental menor que as baterias de níquel/cádmio. Desvantagens: • São extremamente sensíveis a temperaturas altas. • O material orgânico presente no meio eletrolítico é combustível. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 9 – PILHAS CÉLULA A COMBUSTÍVEL • A célula deixa de gerar corrente quando um dos reagentes é completamente consumido. • As células a combustível são diferentes e evitam essa limitação. • São células eletroquímicas em que os reagentes dos eletrodos são continuamente repostos a partir de um reservatório externo. Representação esquemática de uma célula a combustível com eletrólito ácido. A membrana porosa permite que íons H⁺ provenientes da oxidação do H₂ no ânodo migrem para o cátodo, onde ocorre a formação de água. Nesse caso, as semirreações são: 2 H₂ (g) 4 H⁺ (aq) + 4 e⁻ O₂ (g) + 4 H⁺ (aq) + 4 e⁻ 2 H₂ (g) + O₂ (g) QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre 2 H₂O (l) e a equação global é: 2 H₂O (l). Fonte: BROWN, T. L. et al. Chemistry: The Central Science. 13. ed. Upper Saddle River: Pearson, 2015. p. 890.

• Boa parte da massa dos aviões é de alumínio, que é resistente e menos denso que o aço. • O alumínio metálico não é encontrado na natureza. Thinkstock/Getty Images CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE • Sua produção industrial é feita a partir do minério por meio do processo chamado eletrólise. Boa parte da massa dos aviões é de alumínio, que é resistente e menos denso que o aço. O alumínio metálico (isto é, alumínio substância simples) não é encontrado na natureza. Sua produção industrial é feita a partir do minério (no qual está quimicamente combinado com o oxigênio) por meio do processo chamado eletrólise. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE Ao realizar a passagem de corrente elétrica através do Na. Cl fundido, observa-se: • No polo positivo, obtêm-se bolhas de uma gás amarelo-esverdeado, de cheiro irritante. • No polo negativo, forma-se um metal de cor cinza que reage violentamente com Ilustrações: Adilson Secco ELETRÓLISE ÍGNEA água. • Como a eletrólise é um fenômeno de oxirredução, o total de elétrons perdidos no polo positivo é necessariamente igual ao total de elétrons recebidos no polo negativo. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre Na eletrólise do Na. Cl fundido, os íons Na⁺ migram para o polo negativo, no qual são reduzidos a Na. Os íons Cl⁻ migram para o polo positivo, no qual são oxidados à substância elementar cloro (Cl₂). Os eletrodos são ditos inertes quando não reagem na eletrólise. (Representação esquemática em cores fantasiosas. )

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE NOMENCLATURA DOS ELETRODOS EM UMA CELA ELETROLÍTICA • O eletrodo no qual ocorre oxidação é denominado ânodo. • O eletrodo no qual ocorre redução é denominado cátodo. • Uma importante diferença que existe quando comparamos a pilha com a eletrólise diz respeito ao sinal dos polos. Esquema QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE FACILIDADE DE DESCARGA EM ELETRÓLISE AQUOSA • Eletrólise aquosa é uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica através de uma solução aquosa de um eletrólito. • Um eletrodo é inerte quando ele não toma parte na reação. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE Thinkstock/Getty Images GALVANOPLASTIA • Consiste em revestir a superfície de uma peça metálica com uma fina camada de ouro metal, por meio da eletrólise aquosa de seu sal. • Os exemplos mais conhecidos são o revestimento por crômio, a cromação, ou por níquel, a niquelação. Detalhes metálicos cromados já foram muito usados pelas indústrias automobilísticas. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE NOÇÕES DE METALURGIA • O termo minério designa um mineral a partir do qual é economicamente viável a extração de um elemento químico de interesse, como por exemplo um metal. • Metalurgia é a sequência de processos que visa obter um metal a partir do minério correspondente. • Os metais possuem, de modo geral, alta tendência a doar elétrons. Representação esquemática das etapas da metalurgia. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE OURO, PLATINA, PRATA, MERCÚRIO E COBRE • Metais nobres são os que possuem baixa tendência a sofrer oxidação. • A redução é desnecessária, executando-se apenas a purificação para remover as impurezas que porventura acompanham o metal. • Ustulação é o nome dado ao aquecimento de um sulfeto na presença de O₂, também conhecido como "queima do sulfeto". QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE CRÔMIO E MANGANÊS • Esses dois metais se assemelham muito aos quatro anteriores no que diz respeito ao fato de não serem nobres e de necessitarmos de uma agente redutor para sua obtenção. • A operação de purificação para eliminar o carvão torna o processo de obtenção desses materiais muito caro. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE • Metais como sódio, magnésio e alumínio possuem baixos potenciais de redução, ou seja, não são facilmente reduzidos. • Não se conhece um agente redutor barato que provoque sua redução. • Ligas de magnésio e alumínio são leves e resistentes, sendo usadas na fabricação de rodas e na carcaça de aeronaves. Alumínio líquido saindo do compartimento em que foi produzido por eletrólise ígnea. O método é conhecido como processo de Héroult -Hall. No polo negativo, forma-se alumínio. No positivo, forma-se gás oxigênio, que imediatamente reage com o carbono grafite (do qual o eletrodo é constituído), produzindo CO₂. Por esse motivo, os eletrodos positivos são substituídos periodicamente. (Sérvia, 2013. ) QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre Oliver Bunic/Bloomberg via Getty Images ALCALINOS, ALCALINOTERROSOS E ALUMÍNIO

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE Adilson Secco CORRENTE ELÉTRICA (i) • A corrente elétrica, em coulombs, que passa por um circuito pode ser calculada multiplicando-se a corrente elétrica, em amperes, pelo intervalo de tempo, em segundos. • Usando-se um amperímetro e um cronômetro, podese determinar a carga elétrica que sai de um eletrodo, ou que chega a ele, durante uma eletrólise. O amperímetro mede a corrente elétrica, em amperes, que passa por um circuito. Com esse aparelho e um cronômetro, podemos fazer as medidas necessárias ao cálculo da carga elétrica que atravessa o circuito, como discutido ao lado. QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre

CAPÍTULO 10 – ELETRÓLISE A LEI DE FARADAY • A massa de substância produzida em um eletrodo é proporcional à carga elétrica que circula na cela eletrolítica e à massa molar dessa substância. • Embora a Lei de Faraday tenha sido proposta para processo de eletrólise, ela pode ser generalizada para também englobar processos que acontecem nos eletrodos de pilhas. Exemplos de semirreações de descarga em eletrólise QUÍMICA NA ABORDAGEM DO COTIDIANO| Volume 3 – 4º Bimestre