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Atividade de Projeto Laboratorial: Construo de uma Pilha com uma Diferena de Potencial Determinada
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ndice
Objetivos ....................................................................................................................................... 3
Introduo ..................................................................................................................................... 4
Diagrama da pilha ......................................................................................................................... 5
Procedimento experimental ......................................................................................................... 6
Materiais........................................................................................................................... 6
Esquema da pilha.............................................................................................................. 6
Reagentes.......................................................................................................................... 7
Medidas de segurana.................................................................................................. 7Parte IPreparao de Solues......................................................................................... 8
Parte II- Ponte Salina............................................................................................................ 8
Parte IIIConstruo da Pilha............................................................................................. 8
Parte IV- Tratamento de resduos (Sulfato de cobre penta-hidratado)............................. 9
Registo de observaes ............................................................................................................... 10
Equaes Qumicas ..................................................................................................................... 11
Clculos e Grficos ...................................................................................................................... 12
Concluses e Criticas ................................................................................................................... 15
Curiosidades ................................................................................................................................ 16
Pilha de Limo............................................................................................................. 16
Webgrafia e Bibliografia .............................................................................................................. 17
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Objetivos
Identificar os constituintes de uma pilha eletroqumica;
Prever a diferena de potencial de uma pilha eletroqumica conhecendo os elctrodos de
Zinco e Cobre;
Identificar a relao entre a diferena de potencial e o quociente da reao;
Determinar experimentalmente a relao emprica entre a concentrao das solues e a
diferena de potencial obtida;
Concluir, a partir da observao, sobre a necessidade de utilizao de dois metais
diferentes.
Construir uma pilha que esteja de acordo com as seguintes especificaes: deve ter uma
tenso compreendida entre os 0,5 e 1,5 V
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ntroduo
A tendncia para perder ou ganhar eletres que certas substncias possuem est na base
da Eletroqumica, uma rea de estudo da qumica.Uma reao de oxidao-reduo uma reao em que h transferncia parcial ou total
de eletres, como se verifica pela variao dos nmeros de oxidao das espcies presentes
nesta. Estas reaes so constitudas por duas semirreaes simultneas: - semirreao de
oxidao e semirreao de reduo.
Na semirreao de oxidao h um aumento do nmero de oxidao de um elemento e na
semirreao de reduo h uma diminuio do nmero de oxidao. Uma das aplicaes destas
reaes a produo de eletricidade.Em 1836, o britnico fsico-qumico John Frederic Daniell criou uma pilha, a chamada
pilha de Dniell, que uma pilha constituda por eltrodos de cobre e zinco interligados e
respetivamente imersos em solues de Cu2+ e Zn2+. Esta foi considerada como um grande
avano sobre a pilha de Alessandro Volta, utilizada at ento.
As pilhas eletroqumicas produzem energia devido transferncia de eletres que
ocorre do redutor para o oxidante, neste caso o redutor cede eletres na semirreao de
oxidao e o oxidante, por sua vez, recebe-os na semirreao de reduo. O fundamento destetipo de pilhas separar as semirreaes de oxidao e de reduo, de modo que os eletres
circulem externamente do nodo para o ctodo atravs de um fio condutor.
Na construo de um pilha necessrio dois eltrodos, neste caso o de Cobre e o de
Zinco. O eltrodo onde ocorre a oxidao denominado por nodo (liberta eletres),
constituindo-se como o polo negativo da pilha, ao passo que o eltrodo onde corre reduo
denominado por Ctodo (capta eletres), afigurando-se como o polo positivo da pilha.
necessrio garantir que as semirreaes ocorram separadamente, ou seja, a oxidao numasemipilha e a reduo noutra, associadas num circuito fechado.
Uma clula galvnica tambm formada por dois eletrlitos, que so solues
condutoras que contm ies que reagem com os eltrodos.
Por ltimo, tambm constituda por uma ponte salina que contem uma soluo que
permite a migrao de ies entre as solues onde se encontram mergulhados os eltrodos,
mantendo assim a eletroneutralidade da pilha e fechando o circuito eltrico e por um
voltmetro, que mede a diferena de potencial da pilha, como vamos explicar mais frente.
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No caso de haver na pilha uma substncia no estado gasoso, ou quando os reagentes e os
produtos so ies, utiliza-se um eltrodo inerte (grafite ou platina).
O voltmetro integrado no circuito mede a diferena de potencial eltrico entre dois
eltrodos. Se a resistncia interna deste voltmetro for suficientemente alta para que a
intensidade da corrente seja praticamente nula, ento a diferena de potencial a tenso da
pilh, E, que funcion como um for que empurr os eletres produzidos no nodo te o
Ctodo da pilha.
A diferente tendncia das vrias espcies qumicas para se oxidarem ou se reduzirem
pode ser deduzida atravs do potencial padro que revela quantitativamente o poder oxidante
de cada espcie.
O potencial padro de reduo, E0, mede a tendncia relativa de uma espcie para se
reduzir.
A Equao de Nernst (Epilha=Epilha-,
log Qc ) , a relao quantitativa que permite
calcular a fora eletromotriz de uma pilha. Esta equao influenciada pelo fator Qc (quociente
de reao) que consiste na relao entre as concentraes das solues. Assim com a variao
do Qc tambm o Epilha varia , podendo diminuir ou aumetar. Segundo o Principio de le Chatelier,
um sistema evolui no sentido de contrariar uma perturbao, neste caso, ao alterarmos uma
das concentraes de uma das solues da pilha estaremos a influenciar o E da pilha . Olhemospara o caso em que alteramos a concentrao de sulfato de zinco, se a aumentar-mos visto que
no clculo do Qc se encontr em cima e o sulfto de cobre em bixo (Qc =[+]
[+]) , o sistema
vai evoluir no sentido a contrariar este aumento ,no sentido inverso, fazendo assim com que o
Epilha diminua. Quando diminumos a concentrao, segundo o principio de le Chatelier, o
sistema vai evoluir no sentido direto aumentando por sua vez o Epilha. .
Digrm d pilh
Zn (s) |Zn2+(aq)|| Cu2+(aq) |Cu (s)
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Procedimento experimentl
Materiais
Voltmetro (0,1 V) ;
2 Fios eltricos com grrs crocodilo;
5 Gobels 250 cm3;
5 Gobels de 150cm3
5 Bales Volumtricos 250 cm3(0,15 cm3)
4 Varetas
2 Esptula
Balana (0,01 g)
2 Funis
5 Recipientes de plstico
Tubo invertido
Algodo
Esquema da pilha
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Reagentes
Sulfato de Zinco Hepta-hidratado ZnSO4.7H2O
Sulfato de Cobre (II) Penta-hidratado CuSO4.5H2O
Palha de Ao
Barra de Cobre slido;
Barra de Zinco slido ;
gua destilada
Medidas de segurana
Sulfato de Cobre (II) Penta-hidratado R: 22-38-41-50/53; S: 20/21-36/37/39-44-61 Sulfato de zinco Hepta-hidratado R: 36/38; S: 22-25-36/37/39
Riscos Segurana Smbolos deperigo
CuSO4.5H2O
Nocivo seingerido.Irritante para osolhos, pele e viasrespiratrias.
Usar luvas e culos de proteo. Utilizar asmelhores tcnicas de tratamento antes dedespejar na rede de esgotos.
ZnSO4.7H2O
Irritante para osolhos e pele.Risco de leses
oculares grave.
Usar luvas e culos de proteo. Norespirar o p. Utilizar as melhores tcnicasde tratamento antes de despejar na rede de
esgotos.
Legenda Irritante Perigoso para o ambiente
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Procedimento
Parte I Preparao de Solues
1-
Colocmos um goleb numa balana digital , e pesmos o sulfato de cobre penta-
hidratado at se atingir a massa pretendida ( 56,2 g);
2- Adicionmos gua destilada ao gobel e agitmos com uma vareta at o sulfato de cobre
se dissolver;
3- Transferimos a soluo para um balo volumtrico, adicionando gua destilada at ao
trao de referncia;
4- Agitmos a soluo at homogeneizar;
5-
Transferimos a soluo para um recipiente de plstico, rotulando-o;6- Repetimos o mesmo processo para o sulfato de zinco (0,720 g) ;
7- Preparmos 3 solues de sulfato de zinco com concentraes distintas entre si e da
primeira (0,359 g, 3,59 g, 7,19 g), para calcular os efeitos da concentrao na diferena
de potencial.
Parte II- Ponte Salina
1- Pesmos, num gobel, a massa de cloreto de sdio (35,9 g) correspondente a uma
soluo saturada de 100 mL;
2- Juntmos gua destilada e dissolvemos o soluto com uma vareta;
3- Colocmos a soluo de cloreto de sdio no tubo invertido;
4- Cobrimos as extremidades do tubo invertido com algodo.
Parte III
Construo da Pilha1- Colocmos as solues de sulfato de cobre e sulfato de zinco em dois copos de
precipitao;
2- Mergulhmos os eletrlitos, placa de zinco e placa de cobre (ambos metlicos), nos
copos com as solues de sulfato de zinco e sulfato de cobre, respetivamente;
3- Ligmos os eletrlitos o voltmetro, utilizndo os fios eltricos com grrs crocodilo;
4- Mergulhmos as extremidades da ponte salina nas duas solues (consultar imagens 1 e
2)5- Registmos, depois, a diferena de potencial obtida;
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Imagem 2- Montagem experimental completa
6- Repetimos os passos anteriores para as restantes solues de sulfato de zinco
preparadas previamente.
Parte IV- Tratamento de resduos (Sulfato de cobre penta-hidratado)
1-Mergulhmos um pedao de palha-de-ao no copo de precipitao que contm a soluo de
sulfato de cobre, com ajuda de uma vareta para o manter submerso.
2-Espermos que fosse formado um depsito vermelho na palha-de-ao, que corresponde ao
cobre metlico, e que a soluo adquirisse uma tonalidade mais clara, que corresponde
diminuio dos ies Cu2+nesta.
Imagem 1- Eletrlitos ligados ao voltmetro pelos fios
eltricos. esquerda, solues de sulfato de zinco(incolor) e sulfato de cobre (azul) nos respetivoscopos de precipitao
Gobel
Eltrodo de Cobre
Eltrodo de Zinco
Tubo invertido
Voltmetro
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Registo de observoes
Concentraes desulfato de zinco
(mol/dm3)
[CuSO4=0,9mol/dm3]
Quociente dereao
(Qc =[+]
[+])
Diferena depotencial terica
(V-Volts)
Diferena depotencial obtida
(V-Volts)
0,0050 0,0056 1,167 1,094
0,0100 0,0111 1,158 1,099
0,0500 0,0556 1,137 1,096
0,1000 0,1111 1,128 1,090
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Equoes Qumics
Equao que ocorre na pilhaSemirreo de oxido: Zn (s) Zn2+(aq) + 2e-
Semirreao de reduo: Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Equao qumica : Zn(s) + Cu2+(q) Zn2+(aq) + Cu(s)
Equao que ocorre entre o sulfato de cobre e o ferro metlico da palha-
de-ao
Semirreo de oxido: Fe (s) Fe2+(aq) + 2e-
Semirreao de reduo: Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Equao qumica : Fe(s) + Cu2+(q) Fe2+(aq) + Cu(s)
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Clculos e Grficos
Informaes e Formulrio
=
=
E0(Zn2+/Zn) = - 0,76V
E0(Cu2+/Cu) = 0,34 V
E0pilha = E0ctodo E0nodo
E0= E0pilha -,
log Qc
Clculos
nodo Zn(s)
Ctodo Cu(s)
E0pilha= 0,34 (-0,76)= 1,10 V
ZnSO4(aq) 0,01 mol/dm3[Zn2+] = 0,01 mol/dm3
CuSO4 (aq) 0,9 mol/dm3[Cu2+] = 0,9 mol/dm3
Epilha= Epilha -,
log Qc
Qc =[+]
[+]
Qc =,
,=0,011
Epilha= 1,10 -
,
log(0,011) = 1,158 V
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V= 250 mL= 0,25 dm3
M (CuSO4.5H2O)= 249,68 g/mol
0,09 = 0,25
= 0,225
0,225 =
249,68 = 56,2
M (ZnSO47H2O)= 287,54 g/mol
0,01 =
0,25 = 0,0025
0,0025 =
287,54 = 0,72
Restantes 3 concentraes de sulfato de zinco (clculos idnticos aos efetuados anteriormente):
[Zn2+]2= 0,005 mol/dm3m= 0,359gEpilha= 1,167 V
[Zn2+]3= 0,05 mol/dm3m= 3,59gEpilha= 1,137 V
[Zn2+]4= 0,1 mol/dm3m= 7,19 gEpilha= 1,128 V
Clculo do Erro (%)
Qc= 0,0056
E(%) =
100 > E(%) =
1,167 1,0941,167
100 > E(%) = 6%
Qc= 0,0111
E(%) =
100 > E(%) =
1,158 1,099
1,158 100 > E(%) = 5,354%
Qc= 0,0556
E(%) =
100 > E(%) =
1,137 1,096
1,137 100 > E(%) = 3,605%
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Qc= 0,1111
E(%) =
100 > E(%) =
1,128 1,090
1,128 100 > E(%) = 3,367%
Grficos
1,12
1,125
1,13
1,135
1,14
1,145
1,151,155
1,16
1,165
1,17
1,175
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Diferena de potencial terica em funo da concentraode sulfato de zinco
Variao da diferena de potencial terica
Linear (Variao da diferena de potencial terica)
= 10,49 1,33
Equao da reta que mais seajusta ao conjunto de pontos:
1,088
1,09
1,092
1,094
1,096
1,098
1,1
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Diferena de potencial real em funo da concentrao desulfato de zinco
Variao da diferena de potencial real Linear (Variao da diferena de potencial real)
= 0,064 1,09
Equao da reta que mais se ajustaao conjunto de pontos:
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Conclusoes e Critics
Nesta experiencia construmos um apilha que tinha como nodo uma barra de zinco e
como ctodo uma barra de cobre, como electrlitos apresentava um soluo de sulfato de zincoe uma soluo de sulfato de cobre. A ponte salina era constituda por uma soluo de cloreto de
sdio saturada.
Atravs de vrios clculos , que j foram apresentados anteriormente, foi possvel prever
o potencial de uma pilha Eletroqumica nas condies padro.
O Qc (Qc =[+]
[+]) influencia o valor do E da pilha. Assim com a variao do Qc tambm o
Epilha variou. Quando se aumentou a concentrao de sulfato de zinco, segundo o principio de le
Chatelier, o sistema evoluiu no sentido de contrariar essa perturbao , ou seja no sentido
inverso, diminuindo assim o E da pilha . Mas quando se diminuiu a sua concentrao, o sistema
evoluiu no sentido direto e por isso o E da pilha aumentou.
O resultado previsto para esta experincia era que o valor da diferena de potencial da
pilha fosse de 1,587 V, o que no aconteceu, pois obtivemos 1,099 V. Ao alterarmos as restantes
concentraes de ZnSo4.7H2O obtivemos, tambm, um valor de fora eletromotriz da pilha mais
baixo do que o previsto.
Por observao do segundo grfico, que traduz a variao da diferena de potencial
obtida em funo da concentrao de sulfato de zinco, pode-se concluir que um dos valores
encontra-se desviado. Isto deveu-se a uma deficiente isolao da ponte salina com o algodo,
visto ter aparecido um lquido de tonalidade esverdeada nesta, resultante da migrao de um
pouco da soluo de sulfato de cobre.
Para alm disso, constituem-se como outras fontes de erro as seguintes: incerteza na
pesagem dos reagentes; perda de soluo na passagem destas do gobel para o balo
volumtrico.
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Curiosiddes
Pilha de Limo
Material adicional:
Limo
Procedimento- Pilha de limo (consultar imagem 3)
1- Fizemos dois burcos n cs do limo e colocmos s plcs de cobre e zinco em cada um
dos burcos
2- Ligmos s plcs dos metis o voltmetro trvs dos fios eltricos com grrs crocodiloe registmos o valor da diferena de potencial obtido.
Diferena de potencial obtida (V-
Volts)
Pilha de limo 0,958
Imagem 3- Montagem experimental da pilha de limocompleta.
Fonte: Alunos Online
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Webgrfi e Bibliogrfi
Wikipdia- Lista de Frases de Segurana[consultado entre os dias 20 de novembro e 1 dedezembro] disponvel no link:https://pt.wikipedia.org/wiki/Lista_de_frases_de_seguran%C3%A7a
Wikipdia- Lista de Frases deRisco [consultado entre os dias 20 de novembro e 1 de dezembro]disponvel no link: https://pt.wikipedia.org/wiki/Lista_de_frases_de_risco
Alunos Online[consultado entre os dias 20 de novembro e 1 de dezembro] disponvel no link:http://alunosonline.uol.com.br/quimica/pilha-limao.html
Google Sites- Qumica com Pilhas e Baterias[consultado entre os dias 20 de novembro e 1 dedezembro] disponvel no link:https://sites.google.com/site/quimicacompilhasebaterias/experiencias/reacao-entre-o-sulfato-de-
cobre-e-a-palha-de-aco
Site de FQ[consultado entre os dias 20 de novembro e 1 de dezembro] disponvel no link:
http://www.fq.ciberprof.com/
Resimapi- Sulfato de Cobre Penta-hidratado (PDF) [consultado entre os dias 20 de novembro e 1de dezembro] disponvel no link: http://www.resimapi.com.br/fispq/sulfato-de-cobre-
pentahidratado.pdf
Super Qumica- Sulfato de Cobre (PDF) [consultado entre os dias 20 de novembro e 1 de
dezembro] disponvel no link: http://www.superquimica.com.br/fispq/1250083090.pdf
Wikipdia- Sulfato de Zinco[consultado entre os dias 20 de novembro e 1 de dezembro]disponvel no link: https://pt.wikipedia.org/wiki/Sulfato_de_zinco
eHow Brasil [consultado entre os dias 20 de novembro e 1 de dezembro] disponvel no link:http://www.ehow.com.br/sulfato-cobre-riscos-saude-info_35770/
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Atividade de Projeto Laboratorial: Construo de uma Pilha com uma Diferena de Potencial Determinada
GIL, Victor, PAIVA, Joo, FERREIRA, Antnio Jos, VALE, Joo (2014), 12 Q Qumica 12 ano,Lisboa, Texto Editores