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Relatório 1 entregue à disciplina Físico-Química Experimental III do curso de Licenciatura em Química da UEAP, ministrada pelo prof. Joel Estevão de melo Diniz no ano de 2012. Trata-se de uma prática de eletroquímica. Analisaram-se reações de óxido-redução entre H, Zn, Cu e Pb, discutindo-as em termos de transferência de elétrons, potencial de eletrodo, tendência a se oxidar e reduzir e espontaneidade. Conceitos importantes são: número de oxidação (NOX), diferença de potencial e energia livre.
Tipologia: Trabalhos
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LOPES, Gerson Anderson de Carvalho†
As reações redox são reações em que ocorre a transferência de elétrons de uma espécie com menor potencial de redução para outra com maior potencial de redução. Neste experimento foram analisados quatro diferentes situações envolvendo H, Zn, Cu e Pb, para analisar o comportamento destes quanto às trocas de elétrons. Verificou-se maior tendência do Cu em permanecer reduzido, enquanto que o Zn é mais propenso a se oxidar. O H e o Pb são intermediários porém o Pb é mais redutor que o H. Palavras-chaves: Óxido-redução; transferência de elétrons; potenciais de eletrodo.
Reações de óxido-redução (redox) são reações em que há transferência de elétrons de uma espécie química para outra. Oxidação é alguma reação na qual uma substância ou espécie perde elétrons. Inversamente, a redução é um ganho de elétrons [1]. A palavra oxidação significava originalmente reação com o oxigênio, mais tarde o termo foi ampliado para o seu significado atual. A palavra redução parece ter sua origem na terminologia metalúrgica, na redução de uma liga metálica [2]. Define-se número de oxidação como o provável valor de carga elétrica assumida por uma espécie química caso todas as ligações das quais ela participa fossem rompidas, levando-se em conta as devidas eletronegatividades. Para a maioria dos exemplos comuns, o número de oxidação –
Nox – é numericamente igual à carga elétrica da espécie [3]. Em reações de oxidação, o nox de uma substância (de pelo menos um de seus átomos) é aumentado, isto é, torna-se mais positivo. Diz-se, nesse caso que a substância é oxidada, como nos exemplos a seguir:
(+2)Sn2+^ →^ (+4)Sn4+^ + 2e- 2H2(-2)O → (^) (0)O 2 + 4H+^ + 4e-
Note que os valores em subscrito entre parênteses à esquerda do elemento referem-se ao nox dos mesmos. De maneira semelhante, quando ocorre a redução, o nox de pelo menos um, dos átomos de uma espécie química é diminuído, e diz-se que a substância é reduzida, o que é mostrado nos seguintes casos:
(^2) (+1)H 2 O + 2e-^ → (^) (0)H 2 + 2OH-
† (^) Acadêmico do 8º semestre do curso de Licenciatura em Química da UEAP.
8H+^ + (^) (+7)MnO 4 -^ + 5e-^ → (^) (+2)Mn2+^ + 4H 2 O
Não é possível haver reações de oxidação ou redução de maneira isolada, sempre que uma espécie é oxidada, outra obrigatoriamente deve ser reduzida. Isto é importante para manter o princípio de eletro- neutralidade e a lei de conservação da carga elétrica [4]. Em alguma reação redox, a espécie que ganha elétrons á denominada agente oxidante, pois retira elétrons da outra espécie e a oxida. Analogamente, a espécie que perde elétrons é denominada agente redutor, pois os cede ao outro reagente e o reduz. Para se determinar em que sentido uma reação redox deve ocorrer, leva-se em conta a variação da energia livre da reação (∆G), que é uma estimativa da espontaneidade da reação. Nas condições padrão – metais puros e concentrações iônicas 1 mol L-1^ – esta variação de energia é denotada por ∆G^0 [5]. É importante notar que esta tendência é mostrada apenas pela natureza, estados e concentrações dos reagentes, e não de como ocorre a reação [1]. Em determinadas circunstâncias um elemento ou substância pode se comportar como agente oxidante e em outras como agente redutor, o que é um indicativo de que há certa “hierarquia” ou ordem quanto às tendências dos elementos em serem oxidados ou reduzidos. Esta tendência é quantificada tomando-se o conceito de potencial padrão
de redução ou de oxidação (Ered ou Eox). Usualmente descrevem-se as reações em função do potencial padrão de redução (E^0 ), devido à anti-simetria abaixo: E^0 red = - E^0 ox Comumente se mede a diferença de potencial de uma reação (∆E). Tratando-se de potenciais, somente é relevante as diferenças de potencial e não o seu valor absoluto. É válida a seguinte relação entre a diferença de potencial de uma reação e a variação da energia livre[5]: ∆G = - nF∆E Na expressão acima, n simboliza o número de elétrons envolvidos na transferência e F é a constante de Faraday. Verifica-se diretamente que para ∆E>0, ∆G<0 e a reação á espontânea e ainda que se ∆E<0, ∆G>0 e a reação não é espontânea.
OBJETIVO
Detectar a migração de elétrons de um metal para um íon presente em solução.
MATERIAIS E REAGENTES
Estante com 4 tubos de ensaio; Proveta de 25 mL; ZnSO 4 , CuSO 4 e H 2 SO 4 a 1 M; Fragmentos de lâmina de Zn; Esferas de Pb; Fio de Cu.
sobre os fragmentos de Zn e das bolinhas de Pb. No entanto, evidenciou-se uma preferência do Cu em se depositar majoritariamente sobre o Zn em relação ao Pb. Isto porque a diferença entre E^0 (Cu) e E^0 (Zn) é muito maior que a diferença entre E^0 (Cu) e E^0 (Pb). Justamente por isso, a meia- célula Cu2+/Zn reagem mais intensamente do que a meia-célula Cu2+/Pb. As equações que mostram a redução dos íons cobre e a oxidação do Zn e do Pb são as seguintes: CuSO 4 + Pb → Cu + PbSO 4 CuSO 4 + Zn → Cu + ZnSO 4
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Constatou-se que dos cátions analisados o Cu é que possui maior nobreza, isto é, possui maior potencial de redução e por isso permanece mais facilmente na forma metálica. A sequência decrescente de potenciais de redução é Cu > H > Pb > Zn. Deste modo observa-se mais claramente porque o Cu se depositou mais
facilmente sobre o Zn do que sobre o Pb no último procedimento. Observa-se ainda que a célula de Cu/Zn é a que apresenta maior ddp dentre as que são possíveis de formar com estes cátions e que esta conforma exatamente uma pilha de Daniell.
REFERÊNCIAS
[1] RUSSEL, J. B. Química Geral. Vol. 1 e 2. 2ed. São Paulo: Pearson Makron Books,
[2] MAAR, J. H. História da Química - Primeira Parte: dos primórdios a Lavoisier. 2ed. Florianópolis: Conceito Editorial, 2008. [3] BRADY,. Química Geral. [4] MAHAN, B.; MYERS, R. Química: um curso universitário. 4ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1995. [5] ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química : Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3ed. Porto Alegre: Bookman,