Aula 05 - Fundamentos de Eletroquímica

 Eletroquímica é um ramo da Química em que se correlaciona o envolvimento de reações químicas com corrente elétrica e potencial elétrico. Algumas reações podem gerar corrente elétrica espontaneamente, enquanto outras podem necessitar de corrente elétrica para acontecer. Assim sendo, a eletroquímica estuda como mudanças químicas e elétricas ocorrem no sistema de acordo com a passagem de uma corrente elétrica.
A eletroquímica é um importante campo, pois ajuda a desenvolver tecnologias e materiais que atendem ao mundo moderno. Graças a ela, temos o desenvolvimento de baterias (como as de íon lítio), células solares, técnicas de produção de diversas substâncias químicas e metais pela eletrólise, além de técnicas de contenção da corrosão, um grande problema estrutural. As reações que ocorrem em processos eletroquímicos são chamadas de reações de oxirredução.
As reações de oxirredução (ou reações redox) são assim chamadas porque englobam duas semirreações importantes, que ocorrem de forma concomitante: a de oxidação e a de redução.

Fig.1 - Oxiredução: Zn e Cu

Durante uma reação de oxirredução ocorre a transferência de um ou mais elétrons de uma espécie oxidada (a qual perde elétrons) para uma espécie reduzida (a qual ganha elétrons).
Por exemplo, vê-se a reação de oxirredução a seguir:
Zn (s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu (s)
Perceba que o zinco perdeu, durante a oxidação, dois elétrons da sua estrutura e teve seu número de oxidação aumentado durante o processo (passou de 0 para +2), já o cobre, ao contrário, sofre uma redução.

Pilha de Volta

Fig.2 - Pilha de Volta

A primeira contribuição da eletroquímica foi a pilha desenvolvida pelo cientista italiano Alessandro Volta. Ela possuía esse nome por se tratar de discos dos metais zinco e prata empilhados de formas alternadas, os quais eram separados por folhas de papel embebidas com solução de cloreto de sódio. Foi o primeiro dispositivo de armazenamento de eletricidade.

Pilha de Daniell

Fig.3 - Pilha de Daniell

Foi desenvolvida pelo cientista inglês John Frederic Daniell, no ano de 1836, servindo de modelo para as pilhas posteriores. A célula galvânica desenvolvida por Daniell utiliza uma reação espontânea de oxidação de zinco e redução de cobre para a geração de cerca de 1,1 V de potencial elétrico.
Nesta, os metais (ou condutores metálicos) são chamados de eletrodos: o zinco, que é o eletrodo em que ocorre a oxidação, é chamado de ânodo (ou anodo); enquanto o cobre, que é o eletrodo em que ocorre a redução, é chamado de cátodo (ou catodo). Assim sendo, os elétrons migram do eletrodo de zinco em direção ao eletrodo de cobre, dando origem a uma corrente elétrica capaz de realizar trabalho elétrico.
Tais eletrodos estão ligados por um fio conector, porém imersos, cada um, em uma respectiva solução chamada de solução eletrolítica (um meio condutor iônico): o zinco metálico em uma solução de sulfato de zinco (rica em íons Zn2+) e o cobre metálico em uma solução de sulfato de cobre (rica em íons Cu2+).
Em uma solução eletrolítica, a corrente elétrica é carregada pela movimentação dos íons. Assim sendo, as soluções de sulfato de zinco e cobre estão conectadas para fechar o circuito, seja por uma parede membranosa, seja por uma ponte salina, que também possuem a função de manter a eletroneutralidade do sistema.

Eletrólises
São reações redox não espontâneas, sendo necessária a utilização da corrente elétrica para direcioná-las no sentido direto da formação dos produtos desejados. A eletrólise pode ocorrer na presença de água ou não (ígnea).

Fig.4 - Eletrólise

A eletrólise é muito utilizada na indústria, pois por meio dela é possível isolar algumas substâncias fundamentais para muitos processos de produção, como o alumínio, o cloro, o hidróxido de sódio, etc. Além disso, também é um processo que purifica e protege (revestimento) vários metais.
Esse tipo de reação é muito utilizado na indústria, principalmente para a produção de metais. Veja o exemplo de eletrólise do NaCl (cloreto de sódio – sal de cozinha), com produção do sódio metálico e do gás cloro: 2 Na+ + 2 Cl- → 2 Na + Cl2

Como a eletrólise ocorre em meio aquoso, a água fornece o cátion hidrônio (H+) e o ânion hidróxido (OH-). O outro cátion e o outro ânion pertencem geralmente a um sal inorgânico que foi dissolvido na água, o que favorece a dissociação ou liberação de íons por parte do sal.

© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/01/2017