Eletroquímica I - Introdução e oxi-redução

A eletroquímica estuda a relação entre corrente elétrica e reações químicas.

   Eletroquímica

• I - Introdução e oxi-redução
• II - Pilha de Daniell
• III - Eletrólise

Introdução

   Hoje sabe-se que que a eletricidade, ou melhor, a corrente elétrica é um fluxo de elétrons que transitam pelo fio. 

   A energia elétrica pode ser produzida a partir de geradores elétricos, dínamos e alternadores, que convertem energia mecânica em elétrica, e por pilhas e baterias, que convertem energia química em elétrica.

   As pilhas e baterias produzem energia elétrica (corrente elétrica) a partir de reações de oxi-redução, as quais veremos a seguir. Chama-se eletrólise a reação inversa, em que a corrente elétrica provoca uma reação química.

   Eletroquímica é o estudo das reações químicas que produzem 

ou são produzidas por corrente elétrica.

Oxi-redução

Reações de oxi-redução ou redox são reações químicas em que 

ocorre transferência de elétrons.

   O ato de perder elétrons é chamado de oxidação. Como sabemos, metais no geral sofrem oxidação facilmente.

   Já o ato de ganhar elétrons é chamado de redução. Como também sabemos, não-metais no geral sofrem redução facilmente.

   Por exemplo, numa ligação iônica simples:

Na⁺ + Cl⁻ → NaCl

   O sódio (Na⁺) sofre oxidação – isto é, perde um elétron que será recebido pelo cloreto (Cl⁻), sofrendo redução. Como o sódio provoca a redução do cloreto, ele é chamado de agente redutor. E como o Cl⁻ provoca a oxidação do sódio, ele é chamado de agente oxidante. 

    

   Um conceito muito importante para a compreensão de reações redox é o número de oxidação (nox). O nox de um elemento corresponde à sua tendência de atrair os elétrons envolvidos nas ligações que realiza. (+ perde elétrons; - ganha elétrons)

   Números de oxidação fixos:

• O nox de substâncias simples é 0 (Cl₂, Fe...)
• O nox de íons monoatômicos é a própria carga do íon (Cl⁻ = -1)
• Metais da família 1A e a prata (Ag) têm nox +1 
• Metais da família 2A e o zinco (Zn) têm nox +2 
• O hidrogênio tem nox +1 no geral e -1 para hidretos metálicos (NaH)
• O oxigênio tem nox -2 no geral, mas pode ter -1 para peróxidos e -1/2 para superóxidos
• O alumínio (Al) e o bismuto (Bi) têm nox +3

   Os outros elementos possuem nox mínimo igual à sua carga estável e nox máximo igual ao número de elétrons na última camada do elemento ou sua família.

   Por exemplo, o cloro está na família 7A e se estabiliza ao perder 1 elétron. Portanto, seu nox varia de -1 a +7.

   Para compostos covalentes, devemos ter noção de uma regra básica: A soma do nox de cada elemento deve ser igual à carga total da espécie. Para espécies neutras – isto é, moléculas, a soma total do nox deve ser igual a 0.

   Para o composto a seguir: HClO₃

   Já sabemos o nox fixo do H (+1) e do O (-2). Podemos calcular então o nox do Cl:

   +1 + Cl + 3 * (-2) = 0

   Cl = +5

   Para o íon cromato CrO₄²⁻

   Já sabemos o nox fixo do O, e a soma total de nox deve ser igual à carga do íon (-2):

   Cr + 4 * (-2) = -2

   Cr = +6

Balanceamento por oxi-redução

Vamos balancear a reação a seguir:

• 1º passo: encontrar o nox de cada elemento da reação:

• 2º passo: verificar quais elementos variaram o nox e de quanto foi a variação:

• 3º passo: multiplique a variação de cada nox pelo maior índice e simplifique se possível

   Oxidação: 4 × 1 = 4 / 2 = 2 (S ou SO₂)

   Redução: 3 × 2 = 6 / 2 = 3 (K₂Cr₂O₇ ou Cr₂O₃)

• 4º passo: troque os coeficientes: (o do S / SO₂ vai para o K₂Cr₂O₇ / Cr₂O₃ e vice-versa)

• 5º passo: balancear por tentativas: