02 aula células galvânicas

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Prof Clauber 
As células galvânicas 
 É um dispositivo no qual corrente — um fluxo de 
elétrons através de um circuito - é produzida por 
uma reação química espontânea ou é usada 
para forçar a ocorrência de uma reação não-
espontânea. 
 É uma célula eletroquímica na qual uma reação 
química espontânea é usada para gerar uma 
corrente elétrica. 
 Também são conhecidas como células voltaicas 
O que é uma bateria? 
 Tecnicamente, uma “bateria" é uma coleção de 
células unidas em série, de forma que a 
voltagem produzida é a soma das voltagens de 
cada célula. 
 
A estrutura de uma célula 
galvânica 
 Como é que um reação espontânea pode ser 
utilizado para gerar uma corrente elétrica? 
 considere a reação redox entre o metal zinco e 
íons de cobre (II): 
 Zn(s) +Cu
2+
(aq)  Zn
2+
(aq) + Cu(s) 
 
Célula galvânica 
Vídeo: A pilha de Zinco-cobre 
Se pudéssemos ver a 
reação em nível atômico, 
veríamos que, quando a 
reação ocorre, os elétrons são 
transferidos dos átomos 
de Zn para os íons Cu2+ 
adjacentes na solução. 
 Estes elétrons reduzem o íons 𝑪𝒖𝟐+ para 
átomos de 𝑪𝒖𝒐, que aderem à superfície do do 
zinco ou formam um depósito sólido finamente 
dividido no recipiente. 
 A peça de zinco desaparece lentamente quando 
seus átomos abandonam os elétrons e formam 
os íons Zn2+ (incolor) que se difundem para o 
interior da solução. 
 Embora os elétrons não tivessem ainda sido 
descobertos, Daniell teve a percepção de que 
poderia arranjar a reação para realizar trabalho, 
fazendo a separação das semi-reações de 
oxidação e de redução em sua célula, Ele 
montou o arranjo mostrado na Figura I2.4. 
 A reação química é a mesma, mas os reagentes 
estão separados por uma vasilha porosa. 
A célula Daniell consiste 
de eletrodos de cobre e 
zinco mergulhados em 
soluções de sulfato de 
cobre (II) e sulfato de 
zinco, respectivamente. 
 
As duas soluções em 
contato através da 
barreira porosa, permite a 
passagem de íons e 
completam o circuito 
elétrico. 
 Para que os elétrons passem dos átomos de 
zinco para os íons Cu2+, eles devem passar 
através de um circuito externo (O fio e a 
lâmpada); 
 e, à medida que eles vão de um eletrodo ao 
outro, podem ser usados para realizar trabalho 
acendendo a lâmpada. 
As semi-reações 
 os íons Cu2+ são convertidos a átomos de Cu em 
um dos compartimentos (no Cátodo) pela 
𝐶𝑢2+ + 2 𝑒− → 𝐶𝑢(𝑠) 
 Ao mesmo tempo, os átomos de zinco são 
convertidos para íons Zn2+ no outro 
compartimento pela semi-reação de oxidação. 
𝑍𝑛(𝑠) → 𝑍𝑛
2+
(𝑎𝑞) + 2 𝑒
− 
 Os ânions deslocam-se para o ânodo para 
balancear as cargas dos íons 𝑍𝑛2+ formados 
pela oxidação do eletrodo de zinco. 
 Os cátions movem-se para o cátodo para 
substituir as cargas dos íons 𝐶𝑢2+ que foram 
depositados como cobre metálico. 
 Os íons movem-se entre os dois 
compartimentos (através da vasilha porosa) 
para prevenir o aumento de carga elétrica 
dentro dos compartimentos da célula e para 
completar o circuito elétrico. 
 A inspiração de Daniell e seus contemporâneos, 
de separar fisicamente as semi-reações, mudou 
o curso da história da tecnologia por tornar 
viável a fabricação de fontes portáteis de 
eletricidade. 
 Os eletrodos na célula de Daniell são feitos dos 
metais envolvidos na reação. 
 
 Entretanto, nem todas as reações de eletrodo 
envolvem diretamente um sólido condutor. 
 Por exemplo, a redução 2 𝐻 𝑎𝑞
+ + 2 𝑒− → 𝐻2 (𝑔) 
envolve um gás, por isso, é necessário usar um 
condutor metálico quimicamente inerte, tal como 
um metal não-reativo ou grafite, para fornecer ou 
remover os elétrons do compartimento. 
 
 A platina é costumeiramente usada para o 
eletrodo, e o gás hidrogênio é borbulhado sobre 
ele, sendo então mergulhado na solução que 
contém íons hidrogênio. 
 Este arranjo é conhecido como eletrodo de 
hidrogênio. 
 Em uma célula galvânica, uma reação química 
espontânea puxa elétrons da célula através do 
cátodo, o local da redução, e os libera no ânodo, 
o local da oxidação. 
Notação para as células 
 Uma notação resumida muito útil é usada para 
especificar a estrutura dos compartimentos dos 
eletrodos em células galvânicas. 
 Os dois eletrodos na célula de Daniell, por 
exemplo, são escritos 
𝑍𝑛 𝑠 𝑍𝑛
2+
𝑎𝑞 , 𝐶𝑙
−
𝑎𝑞 𝐶𝑢 𝑠 
 Um eletrodo de hidrogênio construído com 
platina pode ser escrito 
𝐻+ 𝑎𝑞 𝐻2 𝑔 𝑃𝑡 𝑠 
 Quando age como cátodo (e H+ é reduzido) e 
𝑃𝑡 𝑠 𝐻2 𝑔 𝐻
+
(𝑎𝑞) 
 quando age como ânodo (e H2 é oxidado). Um 
eletrodo consistindo de um fio de platina 
mergulhado em uma solução de íons ferro(lI) e 
ferro(lll) é escrito como 
𝐹𝑒3+ 𝑎𝑞 , 𝐹𝑒
2+
𝑎𝑞 | 𝑃𝑡 𝑠 
 Nesse caso, as espécies oxidada e reduzida estão 
ambas na mesma fase; então, uma vírgula é 
usada para separá-las ao invés da barra. 
 
A ponte salina 
 Na célula de Daniell, as soluções de sulfato de zinco 
e de sulfato de cobre (II) se encontram dentro da 
barreira porosa para completar o circuito. 
 Entretanto, quando íons diferentes misturam-se, 
isto afeta a voltagem medida de tão variadas 
maneiras, que são difíceis de prever. 
 Para prevenir a mistura das soluções, os químicos 
usam uma ponte salina para unir os dois 
compartimentos de eletrodo e completam assim o 
circuito elétrico. 
 Uma ponte salina típica consiste de um gel 
contendo uma solução salina aquosa 
concentrada em um tubo em forma de ponte 
(Fig. 12.5). 
 A ponte permite o fluxo de íons, e assim 
completa o circuito elétrico, mas são íons que 
não afetam a reação da célula (quase sempre é 
usado KCI). 
 
 Uma ponte salina é indicada por duas barras 
verticais ( || ), e o arranjo da Figura 12.5 é escrito 
como 
𝑍𝑛 𝑠 𝑍𝑛
2+
(𝑎𝑞) 𝐶𝑢
2+
𝑎𝑞 𝐶𝑢(𝑠) 
 Um eletrodo é escrito representando-se por | as 
interfaces entre as fase. 
 Um diagrama de célula mostra o arranjo físico das 
espécies e interfaces, com a ponte salina indicada 
por ||