Eletroquímica – Pilhas e Eletrólise – Saiba o que de fato é cobrado em provas

Eletroquímica, pilha e eletrólise são assuntos que têm caído muito no ENEM. Praticamente todos o anos eles aparecem.

São assuntos fáceis e gostosos de estudar. Isso porque a teoria deles é muito lógica e os assuntos de cálculos são simples.

Neste artigo, vou te mostrar, de forma direta, o que você precisa saber e o que de fato é cobrado nas provas. Eu vou te mostrar:

  • O que é eletroquímica
  • O que se estuda na eletroquímica
  • O que é mais cobrado de eletroquímica nas provas
  • As cascas de bananas em que você não pode cair
  • Como foi cobrado eletroquímica no enem (vídeo-aula)

No final, te direi como você pode me enviar questões para eu resolver especialemente para você.

Se você achou interessante a proposta deste artigo, fica comigo até o final e compartilhe-o com seus amigos em suas redes sociais.

O que é Eletroquímica?

Eletroquímica é o ramo da química que estuda a interação da corrente elétrica com as reações químicas.

Essa interação pode ser feita de duas formas:

  1. A reação química gerando corrente elétrica
  2. Corrente elétrica induzindo uma reação química

eletroquimica-geral

Quando a reação química é capaz de gerar uma corrente elétrica, estamos falando de PILHA.

Quando a corrente elétrica é capaz de induzir, ou seja, promover uma reação química, que naturalmente não aconteceria, estamos falando de ELETRÓLISE.

A eletroquímica, portanto, estuda PILHAS e ELETRÓLISE.

O que estuda na Eletroquímica?

Como dito acima, a eletroquímica estuda:

  • PILHAS: reação química gerando corrente elétrica;
  • ELETRÓLISE: corrente elétrica induzindo reações químicas.

Na prática, estes assuntos são aplicáveis em geração de pilhas e baterias em geral, utilizados em equipamentos elétricos e eletrônicos, automóveis, etc.

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Eletrólise é a forma industrial mais comum de obtenção de componentes metálicos para indústria. É utilizado também como método de obtenção de gases industriais.

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O que é mais cobrado nas provas?

Vou relatar aqui os pontos mais cobrados em provas de vestibulares e ENEM, em seguida, explico cada um deles.

  • PILHAS
    • Potencial de Redução (E°red)
    • Como reconhecer uma semi-reação de redução
    • Determinação do Cátodo e Ânodo
    • Determinação do ddp (diferença de potencial) da pilha
    • Agente oxidante e Agente Redutor
  • ELETRÓLISE
    • Reações no cátodo e ânodo
    • Volume de gás produzido em um eletrodo
    • Massa depositada ou consumida em um eletrodo

Vou te explicar cada item, vamos lá?

Eletroquímica - Pilhas

Antes de começar a falar dos itens acima relatados, é importante que eu te dê uma breve explicação do que é PILHA  e como ela funciona.

Pilha é um dispositivo que gera corrente elétrica a partir de substâncias químicas. A ideia principal é, quando se tem 2 substâncias com capacidades de puxar elétrons para si diferentes, fatalmente, haverá uma troca de elétrons entre essas substâncias. Ou seja, aquela substância mais forte vai conseguir roubar os elétrons da substância mais fraca, e haverá uma transferência de elétrons entre as substâncias. Dizemos que haverá uma reação de Oxidação e Redução.

Oxidação: processo no qual uma substância perde elétrons

Redução: processo no qual uma substância recebe elétrons

Veja um exemplo padrão de uma pilha, chamada pilha de Daniell.

pilha de daniell funcionamento - Eletroquímica - Pilhas e Eletrólise - Saiba o que de fato é cobrado em provas

A figura acima é uma representação padrão de um pilha, onde se tem 2 eletrodos (placas metálicas) de substâncias diferentes ,um de cobre (Cu) e outro de Zinco(Zn), imersos em uma solução dos respectivos metais ( Sulfato de cobre e Sulfato de zinco), e ligados por um fio condutor elétrico, que permite a passagem de elétrons do eletrodo de zinco (Zn) para o de cobre (Cu), já que o eletrodo de cobre é mais forte. OBS: Logo abaixo explico por que o eletrodo de cobre é mais forte.

Com isso, o eletrodo de zinco perde elétrons, sofre oxidação, e o eletrodo de cobre recebe elétrons, sofre redução.

O eletrodo que sofre oxidação (o de zinco, no caso) sofre corrosão e perde massa. Veja que a parte do eletrodo que está imersa na solução está menorzinha, ou seja, corroída!

Ao ser corroído, o Zinco ficará dissolvido na solução, ou seja, haverá um aumento da concentração da solução de zinco na cuba da direita.

Por outro lado, o eletrodo de cobre, que sofre redução (recebe elétrons), deposita metal em sua superfície e aumenta sua massa.  Veja como a parte imersa do eletrodo de cobre está gordinha!

Como os cátions de cobre estão recebendo elétrons e se depositando na superfície do eletrodo, a concentração de íons cobre em solução diminui na cuba da esquerda.

O Eletrodo que sofre oxidação é chamado de ÂNODO.

O Eletrodo que sofre redução é chamado de CÁTODO.

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-oxidacao-e-reducao

Portanto, enquanto no ânodo há uma corrosão e aumento da concentração da solução, no cátodo há uma deposição e uma diminuição da concentração da solução.

Pronto!!! Esse resumo que te apresentei é o filé de eletroquímica cobrado em provas.

Vamos agora aprofundar os conhecimentos.

Eletroquímica Pilhas Potencial de Redução (Ered°)

Vimos acima que no jogo de “cabo de guerra” entre as substâncias, vence aquela mais forte, que consegue roubar os elétrons da outra substância.

Mas, como saber qual a substância mais forte?

É aí que entra o Potencial Padrão de Redução (Ered°). É esse potencial que determina qual a substância mais forte que roubará os elétrons da outra substância. Quem tem maior potencial de redução roubará os elétrons da outra substância e sofrerá uma redução, se comportando como cátodo.

Abaixo te mostro uma tabela de potencial de redução de várias substâncias. Perceba que quem tiver maior potencial rouba elétrons da substância que tem menor potencial, quando colocados como eletrodos de uma pilha.

eletroquimica-pilhas e eletrolise

Para facilitar sua visualização, vou colocar uma tabela simplificada. Veja abaixo:

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-potencial-padrao

Perceba essa tabela acima. Eu te pergunto: Quem tem mais força para puxar elétrons?

A prata (Ag) é o elemento de maior força, já que seu potencial padrão de redução é +0,80V, maior de todos.

Assim, sempre que a prata(Ag) estiver combinada com qualquer das outras substâncias apresentadas nessa tabela, ela se comportará como cátodo, roubando elétrons da outra substância e se reduzindo.

Desafio:

Em uma pilha formada entre Fe+2 e Zn+2, quem será o cátodo? Quem será o ânodo?

Responda o desafio nos comentários!!

Sempre o elemento de maior potencial padrão de redução, roubará os elétrons do outro elemento, se reduzirá, e será considerado o eletrodo de cátodo.

O elemento de menor potencial padrão de redução perderá elétrons, ou seja, se oxidará, e será considerado o eletrodo de ânodo.

Agora que você aprendeu sobre Potencial de Redução, vamos seguir!!

Eletroquímica - Pilhas - Determinação do Cátodo e Ânodo

Após ler o tópico passado, ficou simples determinar quem é o cátodo e quem é o ânodo, não é verdade?

Para relembrar, te digo:

Cátodo é a substância que tem maior potencial de redução ( maior força para puxar elétrons), e que recebe elétrons, sofrendo redução.

Ânodo é a substância que tem menor potencial de redução, perde elétrons, sofrendo oxidação.

De forma didática podemos memorizar da seguinte maneira:

Cátodo começa com “C”, uma consoante, e Redução começa com “R”, uma consoante..

Ânodo começa com “A”, uma vogal, e Oxidação começa com “O”, uma vogal.

Portanto, Cátodo sofre Redução e Ânodo sofre Oxidação.

OK?

Vamos em frente!!

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Eletroquímica - pilhas - Como reconhecer uma semi-reação de redução

A semi-reação de redução é aquela que representa o recebimento de elétrons. Nesse tipo de reação os elétrons se encontram nos reagentes, como mostrado abaixo.

Veja na figura abaixo que, em todas as reações, os elétrons se encontram nos reagentes, ou seja, antes da seta.

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-semi-reacao-de-reducaoReconhecer as semi-reações de redução é extremamente importante!!!

Por outro lado, nas semi-reações de oxidação os elétrons se encontram nos produtos, após as setinhas, como pode ser visto abaixo:

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-semi-reacao-de-oxidacao

ATENÇÃO!!

Fique atento pois quando a semi-reação é de oxidação, o potencial apresentado é de oxidação, e não o de redução.

O potencial de oxidação é o mesmo do potencial de redução, mas com SINAIS CONTRÁRIOS. Veja nas duas tabelas acima que os potenciais de Zn, Fe, Cu e Ag são os mesmos, sendo que, com sinais contrários. Percebeu?

Vamos em frente!!!

Eletroquímica - Pilha - Determinação da ddp (diferença de potencial)

A ddp (diferença de potencial) indica a capacidade de geração de corrente elétrica de uma pilha. Quanto maior a ddp, maior sua capacidade geradora de corrente elétrica.

Para você lembrar disso, lembre-se que as pilhas alcalinas possui voltagens menores do que as baterias alcalinas.

800px Alkali battery 5 - Eletroquímica - Pilhas e Eletrólise - Saiba o que de fato é cobrado em provas

A diferença de potencial (ddp) de uma pilha é calculada pela diferença dos potenciais padrões do cátodo e do ânodo. Ou seja, para se calcular a ddp de uma pilha, basta subtrair os valores do potencial maior (cátodo) do potencial menor (ânodo).

OBS: para evitar confusão, certifique-se sempre que está utilizando o potencial de redução e não o de oxidação. ok?

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-ddpVamos ver na prática.

Utilizando a tabela abaixo, me diga a ddp das pilhas  formadas por:

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-potencial-padrao

  1. Cu e Zn
  2. Cu e Fe
  3. Ag e Cu

Resposta:

  • Cu e Zn: Cobre(Cu) tem maior potencial de redução. Ele é o cátodo.

ddp = Ecat - Ean = 0,34 - (-0,76) = 0,34 + 0,76 = 1,10 V

  • Cu e Fe: Cobre(Cu) tem maior potencial que o Ferro (Fe). Ele é o cátodo.

ddp = Ecat - Ean = 0,34 - (-0,44) = 0,34 + 0,44 = 0,78 V

  • Ag e Cu: Prata (Ag) tem maior potencial de redução que o cobre (Cu). Ele é o cátodo.

ddp = Ecat - Ean = 0,80 - 0,34 = 0,46 V

Qual pilha tem maior capacidade de gerar corrente elétrica?

A pilha de Cu e Zn, pois possui maior ddp (diferença de potencial).

Eletroquímica - Pilhas - Agente oxidante e Agente Redutor

Agente é um termo usado para designar “quem promove uma ação”. O agente oxidante, promove a oxidação, ou seja, a perda de elétrons. O cátodo, ao receber elétrons, está promovendo a perda de elétrons do ânodo. Desta forma, o cátodo é o agente oxidante.

O agente redutor promove a redução, ou seja, o recebimento de elétrons. O ânodo, ao perder (eliminar) elétrons, está promovendo o ganho de elétrons do cátodo. Desta forma, o ânodo é o agente redutor.

Em  suma:

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-agente-oxidante-e-agente-redutor

Eletroquímica - Eletrólise

Vimos, na introdução do artigo, que, em Eletrólise, os assuntos mais cobrados em prova são:

  • Reações no cátodo e ânodo
  • Volume de gás produzido em um eletrodo
  • Massa depositada ou consumida em um eletrodo

Antes de te explicar cada item acima, vou te passar algumas informações básicas sobre eletrólise.

O nome Eletrólise significa “ Cisão por corrente elétrica”. Ou seja, uma corrente elétrica causa uma quebra das ligações químicas (reação química) de uma substância.

A corrente elétrica serve como indutora para acontecer uma reação química que, naturalmente, sem a ação da corrente elétrica, não aconteceria.

Soluções aquosas, que naturalmente não teriam nenhum indício de reação, quando submetida à ação de uma corrente elétrica, começa a reagir, produzindo gás, depositando substâncias ou até mudando sua coloração.

Veja esse vídeo do Manual do Mundo em que é possível ver o efeito da eletrólise sobre uma solução aquosa de bicarbonato de sódio.

 

Eletroquímica - Eletrólise - Reações no cátodo e ânodo

Uma das principais dúvidas dos alunos é definir quais reações acontecem no cátodo e ânodo. Lembro como se fosse hoje, quando estudei este assunto pela primeira vez no meu 2° ano do ensino médio. Não entendia o assunto de forma alguma, até que depois de muito estudo, consegui abstrair a ideia de forma didática. Quando comecei a dar aula sobre o assunto, meus alunos já sentiram bem mais facilidade em entender.

Eu vou te mostrar agora que sacada foi essa que tive.

Acompanhe.

A melhor forma de você aprender é seguir o passo a passo que vou te mostrar.

Vou te explicar 4 passos que você deve seguir:

Passo#1-Identificar os cátions e ânions presentes na solução

Neste momento, é fundamental que você lembre que, como a solução é aquosa, devemos sempre considerar a existência dos íons H+ e OH- da auto-protólise da água. Desta forma, em eletrólises aquosas, você sempre terá os íons H+ e OH- além dos íons do sal dissolvido.

Vamos para alguns exemplos:

Solução de NaCl:

íons dissolvidos: H+, OH-, Na+, Cl-

Solução de Na2SO4

íons dissolvidos: H+, OH-, Na+, SO4-2

Solução de CaBr2

íons dissolvidos: H+, OH-, Ca+2, Br-

Solução de CuSO4

íons dissolvidos: H+, OH-, Cu+2, SO4-2

Passo#2 - Escolher quais íons reagem no cátodo e no ânodo

Nesta etapa, você tem que lembrar que cátodo sofre redução, ou seja, recebe elétrons, enquanto ânodo sofre oxidação, perde elétrons.

Sabendo disso, pense comigo: os cátions (íons positivos) querem ganhar elétrons, já os ânions (íons negativos) podem ceder elétrons.

Assim, os cátions se deslocam para um eletrodo, afim de receber elétrons, enquanto os ânions se deslocam para outro afim de doar elétrons.

Veja a figura abaixo:

aquosa - Eletroquímica - Pilhas e Eletrólise - Saiba o que de fato é cobrado em provas

Perceba que os cátions se concentraram em um eletrodo, enquanto os ânions se concentraram em outro eletrodo.

Neste momento, inicia-se uma disputa entre os íons para ver quem tem preferência em reagir no eletrodo. Os cátions disputam entre si. O mesmo acontece com os ânions. No caso acima, o H+ disputa com o Na+, e o OH- disputa com o Cl-. Veremos como é isso no passo #3.

Passo#3 - Determinar quem tem preferência de reagir

Neste momento, você deve ter o seguinte pensamento, separado para cátions e ânions:

Para os cátions: Quanto mais nobre o metal, mais força para receber os elétrons. Desta forma, cátions de metais nobres sempre ganharão essa disputa. Os cátions de metais nobres ganham de H+ e dos cátions de metais da família 1A, 2A e 3A.

A ordem de preferência é:

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-descarga

No exemplo acima, temos o H+ e o Na+. Na+ é da família 1A, portanto, ele perde para o H+. Desta forma, quem reage no cátodo é o H+.

Para os ânions: Quanto menos Oxigênio na estrutura, mais fácil a substância perde os seus elétrons. Isso porque o oxigênio, por ser muito eletronegativo, segura os elétrons da estrutura e não os permite oxidarem (perderem elétrons). Desta forma, os ânions não-oxigenados têm mais facilidade de perder elétrons, do que OH- e ânions oxigenados, tais como SO4-2,

Desta forma, o grau de prioridade é:

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-descarga-2

No exemplo acima, o Cl- ( ânion não-oxigenado) tem mais facilidade de perder os elétrons no ânodo. Desta forma, a reação de oxidação, que acontece no ânodo, é da perda de elétrons do íon Cl-.

Passo #4 - Escrever a reação de redução e a redução de oxidação

Agora que você já sabe qual estrutura reduz e oxida, você precisa escrever as reações de oxidação e redução.

As reações mais difíceis de lembrar são as de redução do H+ e as de oxidação do OH-. Mas para você não esquecer, te apresento abaixo:

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-hidroxonio-e-hidroxila

Vamos aplicar essas informações no exemplo. Vimos que o H+ reduz e o Cl- oxida, desta forma, temos as reações:

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-eletrolise-reacoes

Após a reação sobra na solução os íons Na+ e OH-dissolvidos, a presença de íons OH- torna a solução básica. No cátodo, há produção de gás hidrogênio, e no ânodo, há produção de gás cloro. Como visto na figura abaixo.

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-meio-basico

Se colocássemos um indicador de acidez e basicidade, veríamos uma mudança de coloração à medida que a corrente elétrica passasse na solução e a eletrólise ocorresse. Se usássemos a fenolftaleína, a solução ficaria cada vez mais rosa ( rosa indica basicidade).

Neste momento, o que se pede muito em provas é calcular o volume de gás produzido. É o que faremos no próximo tópico.

Eletroquímica - Eletrólise - Cálculo do Volume de gás produzido em um eletrodo

Para calcular o volume de gás em um eletrodo, precisaremos aplicar os conhecimentos de estequiometria nas reações ocorridas nos eletrodos.

Pega o mesmo exemplo em que estamos trabalhando:

Vimos que a reação do cátodo foi:

2H+ +2e ------H2(g)

Nesta reação, 2 mols de elétrons produziram 1 mol de hidrogênio gasoso, que nas CNTP, ocupa 22,4L. Ou seja, 2 mols de elétrons produziram 22,4L de gás hidrogênio.

Agora você precisa aprender que 1 mol de elétrons tem carga elétrica igual a 96500 Coulomb (C). Como temos 2 mols de elétrons, temos 2x96500C de carga elétrica, produzindo 22,4L de gás hidrogênio.

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-lei-de-faraday

Para sabermos quanto de carga elétrica fizemos passar pela solução através da corrente elétrica, precisamos multiplicar o valor da intensidade da corrente elétrica com o tempo de duração da corrente elétrica. Este valor dá exatamente o valor de carga elétrica que passa pela solução e que produz o gás no eletrodo.

eletroquimica-pilhas-e-eletrolise-lei-de-faraday-formula

Aplicando esta ideia no exemplo que estamos trabalhando, imagina que a corrente elétrica tenha sido de 0,5 A atuando durante 1 hora ou 3600 segundos. A carga elétrica foi de 0,5x3600 que é igual a 1800 C.

Após isso, basta fazermos uma regra de três:

Se 2 vezes 96500 Coulomb (C) gera 22,4 L de gás, 1800 Coulomb (C) gera X litros de gás.

2x96500 C --------22,4L

1800 -------------X

X= 0,210L = 210mL

Portanto, foi produzido 210 mL de gás hidrogênio.

Em resumo: para se calcular o volume de gás produzido em uma eletrólise basta aplicar a estequiometria na reação de produção do gás.

Lembre-se que 1 mol de gás na CNTP tem 22,4 Litros.

Entendido?

Eletroquímica - Eletrólise - Cálculo da Massa depositada em um eletrodo

Para cálculo da massa depositada em um eletrodo, faz-se o mesmo procedimento. Coloca-se a reação química de redução e formação do metal, em seguida calcula-se a estequiometria através de uma regra de três entre as cargas elétricas e a massa depositada.

DESAFIO:

Calcule a massa depositada de cobre metálico quando se passa uma corrente elétrica de 1,5A por 2 horas, sabendo que a reação de redução do cobre é : Cu+2 + 2e----- Cu(s)

Eletroquímica - As cascas de bananas em que você não pode cair

Algumas situações você tem que prestar bastante atenção para não cair nas cascas de bananas. Listei algumas delas. Fique ligado!!

1.  Trocar os conceitos de cátodo e ânodo

As questões trocam as definições, dizendo que cátodo é o eletrodo que perde elétrons, e que ânodo é quem recebe elétrons.

Para não cair nessa, lembre-se:

ÂNODO, sofre OXIDAÇÃO e ELIMINA elétrons. Perceba que nessa frase, as palavras ânodo, oxidação e elimina começam com vogais.

CÁTODO, sofre REDUÇÃO, RECEBE elétrons. Perceba que nessa frase as palavras cátodo, redução e recebe começam com consoante.

2.  Fluxo convencional de elétrons

O fluxo convencional de elétrons sempre será do ânodo para o cátodo, ou seja, de quem perde elétrons (elimina elétrons) para quem recebe elétrons.

3. Agente Oxidante e Agente Redutor

Lembre-se sempre: Agente oxidante é o cátodo. Agente redutor é o ânodo. É muito comum alunos se confundirem com isso. Fique ligado!!!

Como foi cobrado eletroquímica no enem (vídeo-aula)

No vídeo abaixo, apresento uma vídeo-aula de resolução de umaquestão de eletroquímica que caiu na prova do ENEM 2015.

 

Eletroquímica Exercícios Resolvidos

Se você pretende que eu, Danilo Nogueira, resolva algum exercício de eletroquímica, mande um email para quimica@saberenemquimicaefisica.com.br com o assunto “ Quero questão resolvida de Eletroquímica”, e com o enunciado da questão no corpo do email, ou como anexo. Será um prazer te responder.

UFA!!!

Chegamos ao final de mais um artigo!!! Pode ter certeza que apesar de longo ele é o filé do que é cobrado nas questões de Eletroquímica.

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Grande Abraço e ótimos estudos.

5 Comentários


  1. Esse é o site de química mais didático que encontrei. Muito obrigada pela ajuda!

    Responder

    1. Que maravilha ler isso de você!!! Fico muito feliz e honrado!! Muito obrigado!!
      Grande abraço! Se cadastre em nossa lista de emails para receber nossas dicas e continue nos acompanhando!

      Responder

  2. Ícone de pagina, consegue ensinar até mais que um professor presente, com os vídeos então, fica tudo melhor, parabéns pelo trabalho, tu é foda!

    Responder

    1. Valeu, Lucas!!! Obrigado pelas palavras!! São mensagens como a sua que me motiva a continuar este trabalho! Continue nos acompanhando!!
      Grande abraço

      Responder

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