Eletroquimica

...

No ânodo o zinco metálico oxida, perdendo elétrons:

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-

Já no cátodo o manganês presente na pasta interna recebe os elétrons (reduz), estes elétrons são conduzidos pela barra de grafita:

2MnO2(aq) + 2NH4+(aq) + 2e- → Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l)

Reação global:

Zn(s) + 2MnO2(aq) + 2NH4+(aq) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(g)

Observe que quando o manganês reduz, o dióxido de manganês se transforma em trióxido de manganês. Logo, quando todo o dióxido de manganês (MnO2) é convertido em trióxido (Mn2O3) de manganês, a reação não tem mais a possibilidade de ocorrer e a pilha cessa funcionamento, não sendo possível recarregá-la e usá-la novamente, visto que reação não ocorre no sentido inverso.

No entanto, a amônia (NH3(g)) formada no cátodo pode se depositar sobre a barra de grafita, dificultando a passagem dos elétrons e diminuindo a voltagem da pilha. Para voltar ao funcionamento normal, basta deixar a pilha em repouso fora do aparelho, pois o cátion zinco (Zn2+(aq)) formado no ânodo reage com a amônia, deixando a barra de grafita livre novamente. Além disso, colocar a pilha na geladeira também pode ajudar, pois a diminuição da temperatura favorece a solubilidade da amônia na pasta úmida da pilha, permitindo novamente o trânsito de elétrons, porém quando todo o dióxido de enxofre se converter em trióxido de enxofre a pilha não voltará mais a funcionar, não importando quanto tempo for deixada na geladeira.

A eletroquímica é dividida em dois ramos, as pilhas e baterias e a eletrólise, de forma geral a eletroquímica estuda as relações existentes entre reações de oxidorredução e corrente elétrica, estudamos anteriormente às pilhas, e estudaremos agora a eletrólise.

As primeiras experiências com eletrólise foram feitas em 1778 pelo químico inglês Humphry Davy que obteve o potássio após passar corrente elétrica através do carbonato de potássio fundido. Em 1808, Davy conseguiu separar outros elementos a partir de seus óxidos, como o bário e o magnésio.

Mas o maior contribuinte para este ramo da eletroquímica foi Michael Faraday que em 1791 nascia em Londres. Faraday, é considerado um dos maiores cientistas de todos os tempos, suas contribuições mais importantes e seus trabalhos mais conhecidos trataram dos fenômenos da eletricidade, da eletroquímica e do magnetismo, porém fez também inúmeras contribuições em outras áreas da química e da física.

Faraday foi um especialista na pesquisa com fluxo de eletricidade através dos líquidos, descobriu a eletrólise em 1823 e formulou baseado em suas descobertas e estudos as leis da eletrólise em 1834.

Inicialmente iremos definir eletrólise, Eletrólise é todo processo químico não espontâneo provocado pela passagem de corrente elétrica proveniente de um gerador externo. A palavra eletrólise é a combinação de dois termos gregos: "elektró" (eletricidade) e "lisis" (solução), unidas para se referir a uma reação ocorrida por meio de energia elétrica. Algumas reações químicas acontecem apenas quando fornecemos energia na forma de eletricidade, enquanto outras geram eletricidade no momento em que ocorrem. Trata-se de um processo químico inverso ao da pilha.

O processo eletrolítico se dá a partir do fornecimento de energia vindo um gerador. Com isso, ocorre a descarga de íons, onde ocorre uma perda de carga por parte de cátions e ânions. Consequentemente, os cátions irão receber elétrons, sofrendo redução, enquanto que os ânions irão ceder elétrons, sofrendo oxidação. Tais reações ocorrem entre dois ou mais eletrodos mergulhados em uma solução condutora, onde será estabelecida uma diferença de potencial elétrico. As substâncias iônicas conduzem corrente elétrica quando fundidas ou em soluções aquosas, e a condução de corrente elétrica se dá pela formação de substâncias nos eletrodos. Vale lembrar que a denominação "solução eletrolítica", empregada para designar qualquer solução aquosa condutora de eletricidade, deriva justamente desse processo.

As formas mais comuns de eletrólise são a eletrólise ígnea e a eletrólise aquosa, na eletrólise ígnea, não há presença de água, e a passagem da corrente elétrica acontece em uma substância iônica no estado de fusão (liquefeita ou fundida). É um tipo de reação muito utilizado na indústria, principalmente para a produção de metais, como por exemplo, o alumínio a partir da bauxita (minério de alumínio). Já a eletrólise aquosa se dá com a passagem elétrica através de um líquido condutor. Neste tipo, apenas um dos cátions e um dos ânions são participantes. É na eletrólise do cloreto de sódio em meio aquoso que são produzidos a soda cáustica (NaOH), o gás hidrogênio (H2) e o gás cloro (Cl2).

Existe uma interseção entre as pilhas e uma equação ainda não citada que é a Equação de Nernst.

Walther Hermann Nernst (1864-1941) foi um físico-químico alemão. Seus trabalhos ajudaram a estabelecer a moderna físico-química. Trabalhou nos campos da eletroquímica, termodinâmica, química do estado sólido e fotoquímica. As suas descobertas incluem a equação de Nernst.

A equação de Nernst foi criada devido às limitações ocorridas no uso de tabelas de potenciais. A tabela de potencial nos dá a possibilidade de certa reação ocorrer, porém não nos informa quanto à velocidade da reação, isso pode gerar problemas quando utilizado situações teóricas em aplicações prática, pois algumas reações, que eram tidas como possíveis pela tabela de potencial, na prática não se realizam, estas contradições tem relação com o fato de algumas reações serem tão lentas que não podem ser observadas num curto espaço de tempo. A tabela de potencial foi estabelecida para condições padronizadas, ou seja, meia pilha ou eletrodo sempre formado por um metal em contado com 1mol/L de solução dos seus íons. Entretanto isso nem sempre é possível em experimentos práticos, nem mesmo é interessante para determinadas situações a utilização de concentrações iônicas das espécies químicas presentes iguais a 1mol/L, sendo assim os valores de potenciais serão diferentes dos apresentados na tabela de potencial-padrão.

Para a determinação destes novos potenciais, é utilizada a equação de Nernst que pode ser obtida