Química Tecnológica e Ambiental - Para que serve o potencial de redução padrão?

[Música] Olá alunos seja bem-vindo a mais uma aula da disciplina de química E hoje nós vamos estudar para que que serve o potencial padrão de redução a uma aula atrás Nós estudamos as pilhas como uma forma de organizar os processos de óxido redução visando a produção de corrente elétrica a nossa retomada hoje reapresenta uma figura que a gente já viu onde zinco metálico e uma solução de zinco dois mais se Organize junto com uma barra de cobre e iam os cobre dois mais isso em Beckers recipiente diferentes e uma ponte Salina que une as soluções

desses dois backings e o que nós verificamos na aula passada é um processo aqui de oxidação neste recipiente que a gente chama de anodo e Aqui nós temos o polo negativo da pilha nesse processo a barra de Zinco é progressivamente desgastada gerando íon zinco dois mais e os elétrons que vem por este fio condutor e atingem barra de cobre metálica por esse sentido que eu mostro nas festas em vermelho Então os fluxo de elétrons é deste recipiente do zinco até o recipiente do cobre e os elétrons ao interagirem com a barra de cobre permitem que

cobrem dois mais da solução se reduza formando cobre metálico e nós temos então neste recipiente o processo de redução ou ganho de elétrons e o cátodo da pilha que é o Polo positivo nós vimos que uma consequência desse processo é o desgaste progressivo do anudo de zinco e um engrossamento progressivo do cátodo de cobre o que nós não vimos na aula passada é como se determina este valor de potencial da pilha Quando você compra uma pilha Você pode verificar que ela tem uma voltagem específica que ela consegue produzir nesse caso aqui a um voltímetro ligando

aqueles fios que conduzem os elétrons e nós verificamos que a voltagem é de 1,10 como é que se define esse valor de voltagem como que a gente calcula o valor de voltagem a partir dos elementos que nós estudamos na aula passada O que nós vamos ver na aula de hoje é uma avaliação da voltagem produzida por uma pilha a partir de medidas de potencial padrão de redução e isso é uma informação que nos permite comparar a capacidade relativa dos materiais em sofrer redução ou seja em ganhar elétrons e a partir dessa medida comparativa eu consigo

a partir dos materiais que compõem a pilha calcular a voltagem que ela vai fornecer calcular o potencial da pilha então o nosso foco conceitual da aula de hoje é o potencial de redução padrão uma primeira comparação que a gente pode fazer para entender o conceito de potencial elétrico É nos apoiar no conceito de potencial gravitacional então se você vê essa Cachoeira é ilustrada nesse slide nós temos um ponto aqui em cima de maior energia potencial aqui embaixo no final da queda um ponto de baixa energia potencial então a energia potencial aqui ela se transforme em

energia cinética e isso justifica o movimento das águas esse conceito que é tão caro a gente quando nós vemos uma cachoeira dessa e quando a gente usa a gravidade também se aplica quando nós temos energia elétrica então eu poderia fazer a seguinte analogia o anodo é o local onde na pilha ocorre o processo de oxidação Então a partir daqui eu vou gerar um fluxo de elétrons eu verifico o fluxo de elétrons porque essa lâmpada por exemplo acende ou eu coloco um voltímetro e ele me marca o valor de voltagem agora o que está por trás

desse fluxo de elétrons é uma região onde há um processo de oxidação que o denomina a nodo onde os elétrons são produzidos e o fluxo Segue até o cátodo que é o Polo positivo da pilha onde há o processo de redução então a altura que eu tenho aqui para determinar a queda da água nessa cachoeira ela de ama alguma maneira serve para a gente comparar aqui a tendência em sofrer oxidação e redução dos materiais do ânodo e no cátodo também vão de alguma maneira informar a intensidade do fluxo de elétrons Então o que eu vou

fazer para avaliar o potencial de uma pilha é usar essa comparação que eu já fiz da energia gravitacional com essa diferença de potencial que eu verifico entre o anudo e o cá todo este conceito que voltagem da pilha também é denominado força de eletromotriz que nada mais é do que é a diferença de potencial verificada nunca todo menos o potencial verificado no ânodo Então essa diferença de potencial é a força eletromotriz na pilha ou muito mais comumente a voltagem que a pilha consegue nos oferecer há sempre uma informação tabelada que os químicos usam muito nesse

caso que é a tabela de potencial de redução padrão então o que nós verificamos nessa tabela é que primeiro há um valor definido então como é uma escala comparativa atribuiu-se ao processo de redução de íons h+ com elétron formando hidrogênio gasoso o valor de potencial igual a zero Então a partir desta definição eu estipulando que a tendência de 2h mais mais dois elétrons formarem gás hidrogênio se ele igual a 0 volts eu consigo comparar a tendência de sofrer redução para uma série bem grande de materiais posso chamar atenção aqui por exemplo para o potencial da

redução do flúor F2 o gás flúor mais dois elétrons gerando dois cloreto esse processo ele é extremamente é favorecido e ele tem um potencial de mais 2,87 e a gente deve lembrar que o flúor é um elemento da família 7au do grupo 17 e tem uma alta afinidade eletrônica ou seja ele quer receber um elétron para ficar com uma configuração eletrônica similar dos gases nobres portanto é de se esperar que a tendência do gás flúor receber elétrons é bastante elevada ou em outros termos é compatível com a característica do átomo de flúor que o seu

caso F2 tem uma tendência a sofrer redução e esse e essa tendência ela é bastante elevada e eu consigo agora ver essa informação comparando o valor de potencial podemos ir no outro extremo da tabela agora e verificar o que acontece nessa última linha Aqui nós temos o lítio o lítio mais recebendo elétron formando liteo metálico no estado sólido devemos nos lembrar que o lítio é um elemento da família 1A ou do grupo 1 e a tendência é que ele perca um elétron da camada de valência para ficar com configuração similar dos gases nobres por esse

motivo Imagine que a tendência do lítio mais receber elétrons não vai ser muito alta Portanto o potencial de redução deve ser muito muito baixo Nesse caso a tabela nos informa que o lítio mais recebendo Eletro para formar lítio sólido é implica num potencial negativo de 3,05 então perceba que a partir de agora eu consigo comparar a tendência de alguma substâncias em sofrer redução ou de não sofrer redução e uma informação importante é que essa tabela me revela duas informações a primeira como nós vamos ver agora são as medidas em volts da semi reações de redução

Verifique que em todas as linhas dessa tabela os elétrons são adicionados as substâncias então a um reagente que ganha elétrons e se reduz por isso Essas são sem reações de redução e por isso eu me refiro a esses potenciais como os potenciais padrão de redução a gente tem já uma referência que é o h+ com H2 dando 0 volts que é o que está exatamente nessa linha e a partir daí eu consigo estabelecer valores comparativos e aqui eu Expresso a tendência de sofrer redução mas eu acabei de dizer que é uma outra informação escondida nesta

tabela se você inverter o processo ou seja esses reagentes eles vão sofrer oxidação gerando esses produtos com os elétrons basta eu inverter o sinal do potencial padrão de redução que eu vou obter imediatamente o potencial padrão de oxidação então só para a gente ilustrar esse raciocínio o flureto perdendo dois elétrons para formar gás flúor o F2 vai ter um potencial de oxidação de menos 2,87 no caso do lítio o lítio sódio perdendo um elétron para formarítio mais vai ter um potencial padrão de oxidação de mais 3,05 por isso é muito comum nos estudos de eletroquímica

a gente utilizar só o padrão o potencial padrão de redução uma vez que com essa estratégia eu obtenho os potenciais padrão de oxidação sempre que isso me interessar a gente tem aqui como a gente já discutiu um aumento progressivo do potencial de redução então nesta região eu devo ter elementos metálicos que vão oferecer uma certa resistência a receber elétrons e aqui eu tenho substâncias que por algum motivo vão receber elétrons de maneira mais favorável por exemplo flúor como eu já mencionei bom Nas condições padrão O que exatamente quer dizer isso então de novo é uma

escala comparativa então eu vou precisar controlar outros parâmetros que podem influenciar nessa tendência de sofrer redução então por isso se estabeleceu uma série de condições que quando obedecidas são denominadas condições padrão então as condições padrão primeiro detalhe sempre o potencial vem com um zero sobre escrito e esse zero sobre escrito nos indica que se trata de um potencial de redução Nas condições padrão Ou seja um potencial uma tendência de sofrer redução que foi verificada a 25 graus centígrados a concentração dos rios envolvidos é igual a um mol por litro a pressão dos gases envolvidos se

houver gás na reação é de uma atmosfera e se houver metais os metais estão em estado puro desta forma eu controlo por exemplo a concentração dos participantes que também vão interferir nessa tendência de sofrer redução então a informação daquela tabela do slide anterior ela é toda coletada observando essa temperatura e essas concentrações e aí eu consigo finalmente Fazer uma avaliação precisa da tendência de oxidação e redução de diferentes materiais vamos olhar agora o potencial da pilha de Daniel a pilha de Daniel é aquela que nós estudamos envolvendo o zinco e o cobre Então a gente

tem que verificar o potencial padrão de redução para os dois processos que nós já sabemos que acontecem quando nós misturamos ou nós combinamos melhor dizendo cobre com zinco no cato ou no cátodo vai ocorrer a redução do cobre e não é nódo vai ocorrer oxidação do zinco Então eu tenho que ir lá na tabela de potenciais padrão de redução e verificar qual é o valor de potencial padrão de redução para esses processos então o processo de redução da pilha de Daniel é cobre dois mais mais dois elétrons formando cobre metálico e lá na tabela eu

vou encontrar o valor de mais 0,34 volts agora a atenção o que você vai encontrar na tabela é que o zinco dois mais mais dois elétrons vai gerar zinco zero e você vai verificar que o potencial padrão de redução para esse processo que eu acabei de falar é menos 0,76 volts mas atenção a pergunta que eu te faço é o que ocorre na pilha de dano ocorre a redução do zinco não ocorre a oxidação dos zinco Portanto o que que nós temos que fazer eu vou escrever aquela semi-reação de redução de forma invertida porque isso

representa o que efetivamente ocorre na pílios incomentálico se transforma em zinco dois mais mais dois elétrons só que eu preciso tomar cuidado e inverter o sinal do potencial padrão de redução porque agora eu estou descrevendo a oxidação do zinco então aquele valor que era menos 0,76 ele passa a ser demais 0,76 o que confirma que este processo de oxidação é bastante favorável para se verificar a o potencial da pilha ou a diferença de potencial da pilha ou ainda a força eletromotriz da pilha eu posso agora somar as duas semi-reações a de redução que tem um

potencial de escrito aqui a dioxidação com o potencial também já descrito e eu vou chegar na seguinte equação geral cancelando os dois elétrons que aqui está como reagente aqui está como o produto zinco metálico mais cobre dois mais formando cobre metálico mais zinco dois mais a diferença de potencial desta pilha é a soma dos valores que representam os processos de semi-reação Então nesse caso basta somar esses dois valores O valor é mais 1,10 o que confere com aquela figurinha que tinha um voltímetro marcando 1,10 uma outra forma de representar esse processo uma vez que escrever

a semi-reações sempre pode ser um tanto cansativo é usar o que a gente chama de diagrama de célula então o diagrama de célula papilha de Daniel está escrita aqui perceba que eu tenho zinco eu tenho cobre e eu tenho linhas horizontais Então vamos entender como é que os químicos juntam uma série de informações relevantes sobre uma pilha escrevendo somente esta linha Primeiro passo é do lado esquerdo quando você começa a ler o diagrama de célula aparece o anudo o anudo É o Paulo negativo onde vai ter a semi-reação de oxidação e como é que eu

não esqueço disso lendo que o zincos sólido se converte assim com dois mais Então veja se aqui o nox dele é zero é querer dois mais esse é um processo de oxidação portanto que está representado aqui a esquerda do diagrama é o que aparece no anudo é o processo de oxidação por outro lado que aqui está descrito no final a direita é o que ocorre no cátodo catodo é positivo semi-reação de redução como é que eu não esqueço disso cobre dois mais se converte a cobre zero Então veja que a própria leitura atenta do diagrama

de célula revela Qual é o processo de oxidação Qual é o processo de redução e por fim nós temos uma barra dupla que separa a parte da esquerda da parte da direita que representa a ponte Salina então aqui eu tenho uma representação muito muito breve muito sucinta da pilha de Daniel mostrando que eu tenho 5 metálicos 52 + no iodo separados por uma ponte Salina e eu vou ter no cátodo cobre metálico e cobre dois mais se a gente agora relacionar esse diagrama de célula com aquela figura que a gente já conhece desde a aula

passada nós vamos verificar que existem interfaces quando é que eu vejo uma interface quando eu consigo determinar a fronteira entre duas substâncias então por exemplo a barra de zinco metálico e a solução de zinco dois mais aqui eu tenho uma interface a outra interface que eu verifico é a barra metálica de cobre e essa solução de cobre aqui e outras duas interfaces que eu verifico é entre a solução de zinco e a ponte Salina a solução de cobre a ponte Salina estas interfaces é o que dá origem àquelas Barras horizontais do diagrama de célula Então

veja os zincos sólido tem uma interface com zinco dois mais o zinco dois mais está separado por duas interfaces do cobre dois mais e o cobre dois mais tem uma interface de separação com o cobre metálico Então veja que é uma maneira muito muito oportuna de você representar as informações de uma da pilha sem ter que todo momento de escrever a pilha por completo por fim vamos discutir a espontaneidade dos processos eletroquímicos nós verificamos que no caso da pilha de danium a o surgimento de uma corrente elétrica porque o processo é espontâneo Então a gente

tem que sempre lembrar que as pilhas produzem correntes elétricas e esse fato se confirma uma vez que o delta e Ou seja a diferença de potencial da pilha é positiva então para qualquer processo que você tiver de oxidação e redução Se você souber os potenciais padrão da semi reações Ou Delta e dando positivo você consegue deduzir que se trata de uma pilha é exatamente o que nós fizemos e aqui eu só vou repetir para a gente é lembrar os cálculos é que esta pilha que eu estou representando aqui o zinco para zinco dois mais o

cobre dois mais para cobre zero tem uma diferença de potencial padrão que eu não sei qual é claro que a gente já sabe mas vamos usar isso como um exemplo eu escrevo o processo de oxidação que É esse aqui como o potencial padrão de oxidação então não se esqueça de inverter o sinal aquele que você vê na tabela aqui o processo de redução que eu repeti aqui de novo tem o potencial padrão de redução do cobre esse aqui eu não vou inverter o sinal e eu tenho um processo Global com um Delta e demais 1,10

esse 1,10 principalmente com sinal positivo indica que se trata de um processo espontâneo por outro lado Talvez existam alguns processos cujo Delta é será negativo e nesse caso você tem a informação de que essa reação no sentido em que você está lendo não é a reação espontânea provavelmente a reação inversa será espontânea então o que que nós vamos ver aqui presta atenção que essa não é a pilha de Dani se você olhar o diagrama de célula que está escrito aqui nós estamos dizendo que o cobre metálico vai ser oxidado a cobre dois mais e o

zinco metali o zinco dois mais vai ser reduzido a Zinco zero Então veja o que acontece eu tenho um ano da oxidação do cobre esse processo tem um valor de potencial de menos 0,34 agora eu tô falando da oxidação do cobre eu preciso inverter o sinal agora eu tenho a redução do zinco a redução do zinco que ocorre no lugar todo mas veja a redução de zinco quando eu vou lá na tabela de potencial é menos 0,76 volts Então veja a oxidação do cobre e a redução do zinco oferece um Delta e de -0 -

perdão 1,10 volts esse potencial negativo sugere que esse processo não é espontâneo então oxidar cobre para obter zinco reduzido não é espontâneo Provavelmente o que será espontâneo o processo inverso que a pilha de Daniel você o que seduzinco para reduzir o cobre veja que a diferença desta pilha ela é verdade não é nenhuma pilha nesta célula eletroquímica para pilha de Daniel aparece no sinal invertido com isso nós vimos na aula de hoje a importância do potencial padrão de redução a partir desta informação se encontra tabelada e acessível em qualquer apêndice de livro de químico ou

mesmo na Internet fica muito mais fácil comparar a tendência relativa dos materiais sofrerem redução ou oxidação Além disso eu capturo essas informações para sempre reações do processo que eu estou estudando e eu consigo avaliar sua espontaneidade se o delta e for positivo se trata de uma pilha se o delta e for negativo não é uma pilha porque o processo não é espontâneo eu vou precisar oferecer energia para esse processo ocorrer paramos por aqui hoje voltamos na próxima aula até lá [Música] [Música]