A Célula - Eletrolítica

...

Mas como calculamos o potencial de cada lado da célula eletrolítica? Para cada uma delas, utilizamos a equação de Nerst:

[pic 7]

e

[pic 8]

O valor de E°, tanto para o ânodo quanto para o cátodo são valores tabelados. Já a concentração da espécie reduzida ou oxidada são valores informados ou calculáveis e devem ser obtidos através das semi-reações de redução de cada um dos analitos. Se os mesmos forem gases, os valores de pressão parcial devem ser inseridos. O valor do dividendo “n” é o número de elétrons envolvidos em cada uma das semi-reações.

Para que este cálculo fique mais claro, observe atentamente o exemplo a seguir:

EXEMPLO

Calcule a diferença de potencial das células eletroquímicas formadas pela reação indicada a seguir:

Ag|Ag+ (0,020 mol.L-1)||Cu2+ (0,020 mol.L-1)|Cu°

Resolução:

Encontrar as semi-reações de redução de cada uma das espécies envolvidas:

Semi-reação para a prata:

[pic 9][pic 10]

Semi-reação para o cobre:

[pic 11][pic 12]

Observando essas duas semi-reações, é possível concluir que a reação de redução da prata possui um potencial de redução maior (+0,799 V) do que o cobre (0 V). Isso quer dizer que a prata tem maior tendência a se reduzir que o cobre.

Agora observe a representação em barras. A célula da esquerda é a da prata (quem tem maior tendência em se reduzir). Em uma célula galvânica, a célula da esquerda é de quem se oxida, portanto essa é uma célula eletrolítica. Dessa forma temos a equação global da célula eletrolítica:

[pic 13]

[pic 14][pic 15][pic 16]

[pic 17]

[pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]

O cobre está se reduzindo (ganha 2e-), um comportamento contrário ao que os valores de E° nos informam. Isso quer dizer que estamos trabalhando com uma célula eletrolítica!

Agora aplicando individualmente cada uma delas na equação de Nerst, temos:

Para a célula da direita (ânodo)

[pic 22]

Lembrete: A concentração de substâncias sólidas sempre será considera igual a 1.

[pic 23]

Agora vamos calcular o potencial para a célula da esquerda, o :[pic 24]

[pic 25]

Observação: O n nesse caso é um porque estamos olhando a reação de redução.

[pic 26]

Para o potencial da célula, temos:

[pic 27]

[pic 28]

[pic 29]

Experimento

Para a parte experimental deste trabalho, iremos propor a construção de uma célula eletrolítica, a sua aplicação na eletrólise da solução de iodeto de potássio, a determinação da quantidade de cada espécie, formada em casa eletrodo. Foram utilizados matérias alternativos e facilmente encontrados em nosso dia-a-dia.

O experimento foi retirado da Revista Química Nova na Escola, com o título: Construção de Uma Célula Eletrolítica para o Ensino de Eletrólise a Partir de Materiais de Baixo Custo, e esta referenciada abaixo.

Este experimento tem a intenção de demostrar de forma mais fácil e prática a oxidação e a redução, dos íons iodeto se oxidando em iodo, no ânodo, sendo perceptível pela mudança de coloração visualizada pela cor castanho-amarelado, e a redução da água no catodo, produzindo íons hidroxilas, que causam a mudança de coloração de uma solução de extrato de repolho roxo.

Materiais e reagentes:

- Dois lápis de carpinteiro;

- Um cronômetro;

- 25 g de repolho roxo;

- Algodão;

- Um conta-gotas;

- Duas seringas de plástico descartáveis de 10 mL cada;

- Um recipiente plástico de 200 mL com tampa;

- Iodeto de potássio;

- Água destilada;

- 30 centímetros de fios flexíveis;

- Uma bateria de 9,0V (de preferência, recarregável);

- Um estilete;

- Um potenciômetro (resistor variável) de 5000 Ohm;

- Um multímetro contendo escalas para leitura de potencial e corrente;

- Um balão volumétrico de 250 mL;

- Um copo de medidas com indicações de volume.

Procedimento experimental

Montagem do circuito divisor de potencial: Conectar, por meio de fios flexíveis, uma das extremidades do potenciômetro ao polo positivo de uma bateria (que deve ser de 9,0 V com carga mínima de 250 mAh) e a outra, ao polo negativo. O terminal central do potenciômetro deve estar livre para conectar-se ao circuito para a realização dos experimentos. Como o potenciômetro atua como um divisor de potencial, este divide o potencial fornecido pela bateria. Esse potencial deve ser aferido utilizando-se um multímetro com escala em leitura de potencial.

Montagem da célula eletrolítica: Remova as extremidades de madeira de ambos os lápis de carpinteiro com o auxílio de um estilete, expondo 1 cm do grafite. Uma das extremidades será utilizada para contato elétrico, enquanto a outra ficará submersa na solução de KI. O corpo do lápis (madeira) atua como isolante elétrico. Em seguida, descartar o êmbolo das seringas e, em