"Eletroquímica é a ciência concernente às relações entre a energia elétrica e a energia química"

Campanha de Conscientização

História da Eletricidade e Eletroquímica

A história da eletricidade teve inicio na Antigüidade, desde de a Grécia antiga. De acordo com Tales de Mileto, ao se esfregar âmbar com pele de carneiro, observou-se que pedaços de palha eram atraídos pelo âmbar. A palavra eléktron (ἤλεκτρον) significa âmbar em grego.
Em relação ao seu desenvolvimento no oridente, especula-se que objetos encontrados no Iraque, datados de 250 AC, seriam usados como uma forma de bateria.

Cientistas envolvidos:

Camnago e Pávia

Luigi Galvani e Alessandro Volta

Michael Faraday

Svante Arrhenius

Erich Hückel

John F. Daniell

Michael Faraday

Sir Humphry Davy

Wiliam Nicholson

Principais Descobertas e Experimentos:
Luigi Galvani (1737-1798) descobriu que os músculos e nervos na perna de um sapo sofriam uma contração ou espasmo causado pela corrente elétrica liberada por um gerador eletrostático.

A seguir, foram decompostas soluções de vários sais empregando a energia elétrica proveniente de uma pilha, tais como o isolamento do sódio e do potássio de seus hidróxidos feita por Sir Humphry Davy (1801)

Faraday realizou pesquisas e elaborou teorias que constituíram os fundamentos da eletroquímica e do eletromagnetismo. Os estudos realizados sobre a eletrólise de soluções de sais, ácidos e bases, serviram para obter as leis básicas da eletrólise (1834), relacionando a ação química produzida pela corrente e a quantidade de eletricidade.

Josiah Willard Gibbs demonstrou (1875) que a possibilidade de uma reação química ocorrer poderia ser avaliada pela diferença de potencial em uma célula galvânica. Walther Nernst (1889) estudou sistemas em equilíbrio e relacionou o potencial da célula com a concentração das substâncias químicas utilizadas.

Svante Arrhenius (1887) explicou a condutância elétrica de soluções em termos de migração de íons e equilíbrio entre íons e moléculas.

Em 1923, Peter Debye (prêmio Nobel em Química em 1936) e Erich Hückel explicaram a condutância, o potencial eletroquímico e outras propriedades de soluções iônicas.

Consequências para a atualidade:
Hoje em dia todo mundo usa uma pilha, seja no Mp3, rádio, tv, baterias. As pilhas são formas eficazes de armazenar energia, e são usadas em larga escala no mundo todo. Pilhas são feitas de mercúrio, que é um metal altamente poluente e tóxico, tanto para a nossa saúde quanto para o meio ambiente. Além disso, hoje também já existem pilhas recarregáveis e nucleares.

Corrente Elétrica

A corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas, através de um condutor elétrico. Ela pode ser definida como corrente elétrica real (sentido do movimento dos elétrons) e corrente elétrica convencional (consiste no movimento de cargas positivas). Para isso acontecer, duas coisas são fundamentais: uma diferença de potencial, capaz de atrair os elétrons e um meio de propagação que permita sua passagem.

Dentro dos condutores há muitos elétrons livres descrevendo um movimento caótico, sem direção determinada. Ao aplicar-se uma diferença de potencial entre dois pontos de um metal (ligando as pontas do fio a uma bateria, por exemplo), estabelece-se um campo elétrico interno e os elétrons passam a se movimentar numa certa ordem, constituindo assim a corrente elétrica.


Para medir a corrente, pode-se utilizar um amperímetro. Apesar de prático, isto pode levar a uma interferência demasiada no objeto de medição, como por exemplo, desmontar uma parte de um circuito que não poderia ser desmontada.Como toda corrente produz um campo magnético associado, pode-se tentar medir este campo para determinar a intensidade da corrente. O efeito Hall, a bobina de Rogowski e sensores podem ser de grande valia neste caso.

Há dois tipos de corrente elétrica:
Corrente contínua: É aquela cujo sentido se mantém constante. Ex: corrente de uma bateria de carro, pilha, etc.

Corrente alternada:É aquela cujo sentido varia alternadamente. Ex: corrente usada nas residências.

A corrente elétrica que circula através dos resistores, pode transformar energia elétrica em energia térmica, sob efeito joule.

Condutores - Soluções Iônicas e Moleculares

Para que ocorra a corrente elétrica, é necessário um meio de propagação que permita a passagem dos elétrons. O meio condutor pode ser qualquer meio material (constituído por matéria). Portanto, alguns são bons condutores e outros são maus condutores (isolantes), ou seja, alguns permitem facilmente a passagem dos elétrons, outros dificultam e outros impedem.

Mas para uma solução permitir a condução de corrente, uma coisa é fundamental: a presença de íons. Os íons funcionam como “caronas”, que permitem o fluxo eletrônico. Dessa forma, as substâncias iônicas (quando em solução ou líquidas) liberam íons, portanto, conduzem corrente elétrica. Já as substâncias moleculares (quando em solução), se não sofrerem ionização não conduzem corrente elétrica.

Condutores Líquidos: As soluções básicas ácidas ou salinas. Nestes condutores, A corrente elétrica é constituída pelo movimento de íons em dois sentidos (cátions no sentido de campo elétrico e ânions que se deslocam no sentido oposto). Estes condutores são chamados eletrólitos.

Condutores Gasosos: O sódio, o fósforo, o mercúrio, o néon etc. Os gases em geral são isolantes, mas, quando ionizados tornam-se condutores.

Condutores Sólidos: Normalmente os metais, como o ouro, a prata e o cobre são citados como condutores Nos metais a corrente elétrica é constituída pelo movimento de elétrons que vão passando de um átomo a outro com grande facilidade, deslocando-se em sentido oposto ao do campo. Já outros sólidos como a madeira, o papel e o plástico são citados como não condutores, pois não permitem a passagem de fluxo de elétrons, ou deixam passar apenas um pequeno número deles.

Oxidação e Redução

Os elementos envolvidos em uma reação eletroquímica são caracterizados pelo número de elétrons que têm. Uma reação na qual ocorrem oxidação e redução é chamada de reação redox.
A perda de elétrons de uma substância é chamada oxidação, e o ganho é conhecido como redução.


Ânodo: eletrodo para onde se dirigem os ânions (pólo negativo), ocorrendo a corrosão, com conseqüente perda de massa e oxidação dos ânions, pois aumenta o número de elétrons livres.

Cátodo: eletrodo para onde se dirigem os cátions (pólo positivo). Nesse elétrodo ocorre sempre depósito (aumento da massa), e também redução dos cátions.

Os metais apresentam diferentes tendências à oxidação, como por exemplo, em presença de ar e umidade nota-se que o ferro tem maior tendência a se oxidar do que o níquel e o ouro.

Por isso, é necessária uma tabela de potenciais de redução. Os elétrodos que fornecem elétrons ( ânodo) são colocados acima do hidrogênio , ficando com o sinal negativo. E os elétrodos que recebem elétrons ( cátodo ) são colocados abaixo do hidrogênio, ficando com o sinal positivo:

Potenciais Padrão

Os padrões das meias reações estão relacionados ao fato de termos transformações químicas que envolvem transferências de elétrons entre as espécies, ou seja, alguém perde elétrons (oxida), enquanto alguém ganha (reduz). Isso pode ser feito artificialmente, colocando as espécies desejadas, e passando por elas uma corrente de eletricidade. A recíproca é verdadeira: eletricidade produz reações químicas; reações químicas produzem eletricidade. Isso, em reações REDOX, as chamadas Oxi-redução.

Potencial das Pilhas:
* Quanto maior for o E0red, mais fácil será a redução e mais forte será o oxidante.

* Quanto menor for o E0red, mais difícil será a redução e mais fraco será o oxidante.

* Quanto maior for o E0red, mais difícil será a oxidação e mais fraco será o redutor.

* Quanto menor for o E0red, mais fácil será a oxidação e mais forte será o redutor.

Cálculo da ddp:
O cálculo da diferença de potencial pode ser feito com a fórmula:
D E = Ered(maior) - Ered(menor)


Assim, para pilha de Daniell temos:

Trabalho espontâneo: é um processo espontâneo, o valor de D E é sempre positivo.

Trabalho elétrico da pilha: Energia responsável pelo trabalho químico recebe o nome de energia livre (G).

A variação de energia livre (D E) mede o trabalho realizado pelo sistema.

D G = -nF*D E.

Pilha Alcalina

Com a ajuda da empresa americana Mallaroy (atualmente Duracell), o cientista Samuel Rubens, na década de 40, desenvolveu uma nova pilha: a pilha alcalina. Essa pilha possui utilização mais usual em brinquedos, lanternas, rádios, controles remotos, rádios-relógio, equipamentos fotográficos, pagers e walkmans.

Ela ganhou esse nome devido a natureza básica de seu eletrólito, uma solução aguada de hidróxido de sódio na qual se colocam eletrodos em dióxido de manganês e em pó de zinco. A reação entre esses três componentes é que gera a energia necessária e faz a pilha funcionar. Uma pilha alcalina é constituída por um ânodo, um "prego" de aço envolto por zinco revestidos por uma camada de aço niquelado, um separador de papel e um isolante de nylon.

As pilhas alcalinas dão voltagem de 1,5 V, e não são recarregáveis. Comparando-as com as pilhas secas comuns, as alcalinas são mais caras, mantêm a voltagem constante por mais tempo e duram cinco vezes mais. Isso ocorre porque o hidróxido de sódio ou potássio é melhor condutor eletrolítico, e o meio básico faz com que o eletrodo de zinco sofra um desgaste mais lento comparado com as pilhas comuns que possuem um caráter ácido.

Até 1989, a típica pilha alcalina continha mais de 1% de mercúrio. O mercúrio (juntamente com o chumbo, cobre, zinco, lítio, cádmio, níquel e manganês) é considerado um metal perigoso à saúde humana e ao meio ambiente. Em altos teores, o mercúrio pode prejudicar o cérebro, o fígado, o desenvolvimento de fetos, e causar vários distúrbios neuropsiquiátricos. Mas em 1990, pelo menos três grandes fabricantes de pilhas domésticas começaram a fabricar e vender pilhas com percentagens de mercúrio inferiores a 0,025%.

Os fabricantes já desenvolveram pesquisas e tecnologias para controlar e reduzir o número de poluentes nas pilhas alcalinas. E como não oferecem risco à saúde e nem ao meio ambiente, depois de esgotadas elas podem ser dispostas junto com os resíduos domiciliares. Portanto, essas pilhas não precisam ser recolhidas e nem depositadas em aterros especiais.


Curiosidades: a Eletroquímica na atualidade

Atualmente, em cada parte que se olhe, a eletroquímica se faz muito presente em nosso dia-a-dia. Desde a rede elétrica que abastece as nossas casas, até as pilhas usadas em lanternas. Desde a bateria utilizada em celulares até os processos de galvanização. Além disso, cada vez mais a eletroquímica tem se apresentado como uma ferramenta poderosa tanto para as ciências básicas como aplicadas e de tecnologia.
A área da Eletroquímica está abrangindo uma série muito grande de áreas de interesse, não só científico como industrial. Os exemplos mais notáveis são o da conversão e armazenagem de energia, que é o desenvolvimento de novas baterias de células a combustível, ou seja, desenvolvimento de fontes alternativas de energia. Outra área de bastante importância industrial é o desenvolvimento de eletroquímica ambiental, ou seja, a utilização da eletroquímica para resolver problemas ambientais, através da detecção da poluição por métodos eletroanalíticos.

Galvanoplastia e Anodização

Também chamada de galvanização , ou eletrodeposição, a galvanoplastia pode ser definida como o ato de recobrir uma superfície de metal com uma camada fina de outro metal. Esse processo é geralmente utilizado para proteger objetos metálicos contra a oxidação (ferrugem) e para melhorar a sua aparência. Esse também é o processo que permite revestir anéis com uma camada de ouro e faqueiros com uma camada de prata. O ferro galvanizado consiste no ferro que recebeu uma camada superficial de zinco por eletrólise.




A anodização é uma forma de resguardar certos metais contra a corrosão. É a formação de uma camada protetora superficial de um óxido do próprio metal. Um processo de anodização bastante conhecido é o caso do alumínio.

Eletrólise

É a separação de diferentes partes de um composto utilizando a eletricidade. Para que funcione, o composto deve estar em líquido, ou dissolvido em água e conter íons.

Eletrólise Ígnea: é o nome que se dá a uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica através de um composto iônico fundido.

Eletrólise Aquosa: é o nome de uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica por meio de uma solução aquosa.

A eletrólise é um fenômeno de oxi-redução, sendo assim, o total de elétrons perdidos no pólo positivo deve ser igual ao total de elétrons recebidos no pólo negativo.

Referências Bibliográficas