Pilhas e Eletrólise
A eletroquímica estuda a transferência de elétrons durante o processo de conversão de energia química em energia elétrica ou vice versa. As reações que provocam essa transferência são chamadas de oxirredução, pois nelas ocorrem a perda (oxidação) e o ganho (redução) de elétrons.
Veja um exemplo de como isso acontece:
O Zinco (Zn2+) é um dos elementos químicos que ao ser oxidado, perde dois elétrons. Mas, ao mesmo tempo ele provoca a redução do íon de hidrogênio, transformando-se em um agente redutor. A conversão de energia pode acontecer de maneira espontânea ou não espontânea. Com isso, a eletroquímica possui dois campos de estudo. Saiba mais sobre cada um deles:
Pilhas
Na eletroquímica, a transformação de energia química para energia elétrica é chamada de pilha ou célula galvânica. Esse processo é o primeiro a acontecer e ocorre de forma espontânea, pois as pilhas possuem substâncias químicas capazes de transferir elétrons espontaneamente. Assim, a troca é feita através de uma superfície sólida que são os eletrodos. O local onde ocorre a oxidação recebe o nome de ânodo, representando o polo negativo da pilha, já a redução recebe o nome de cátodo, pois acontece no polo positivo da pilha.
Os elétrons passam por um solução condutora externa (eletrólito), que é responsável pela transferência de íons do ânodo até o cátodo e formam uma corrente elétrica, usada para o funcionamento de vários aparelhos eletrônicos. Com isso, a transferência de energia é feita até que a reação química se esgote. Isso acontece com as pilhas e baterias primárias, usadas em controle remoto, funcionamento de relógios, entre outros.
As pilhas ajudam a entender o estudo da eletroquímica. (Foto: Pixabay)
Em outros casos, para que essas pilhas sejam recarregadas e usadas novamente, é recomendado aplicar uma diferença no potencial. Isso é o que ocorre em pilhas e baterias secundárias como as pilhas de chumbo, usadas em automóveis e as baterias de íon lítio, usada em aparelhos celulares.
Em 1836, o físico britânico John Fredric Daniell criou um sistema que inovou os estudos da eletroquímica. Conhecida como “pilha de Daniell”, a criação permitiu interligar dois eletrodos através de um fio metálico.
Com isso, o eletrodo, que consistia em uma placa de zinco metálico, mergulhado na solução aquosa de sulfato de zinco (ZnSO4), representava o ânodo. Por outro lado, o eletrodo, que consistia em uma placa de cobre metálico (Cu), afundado em uma solução de sulfato de cobre (CuSO4), representava o cátodo.
A seguir, veja como é apresentada a reação que causa a redução do cobre (cátodo) e a oxidação do zinco (ânodo) dentro da eletroquímica:
Cátodo: Cu2+(aq) + 2e- | --> Cu0(s)|
Ânodo: Zn0(s) | --> Zn2(aq) + 2e-|
Equação Geral: Zn0(s) + Cu2+(aq) | --> Cu0(s) + Zn2+(aq)|
Eletrólise
O processo não espontâneo que transforma a energia elétrica em energia química é chamado de eletrólise. Esse processo acontece quando a energia elétrica é transferida por meio de algum equipamento externo como um gerador, pilhas ou baterias. Quando essa corrente passa por um líquido iônico (substância fundida), a eletrólise é classificada como ígnea, já quando ela passa por uma solução aquosa, recebe o nome de eletrólise em meio aquoso.
Na eletroquímica, a eletrólise é usada durante a produção de substâncias simples e de uso importante como o gás cloro e o sódio metálico. Eles são produzidos na eletrólise ígnea do cloreto de sódio, uma vez que não são encontrados na natureza. Já o gás hidrogênio, usado como combustível, é produzido na eletrólise aquosa do cloreto de sódio.
Vale destacar ainda a utilização da eletrólise na produção de metais (alumínio, sódio, potássio, magnésio, etc.) e no desenvolvimento de mecanismos capazes de proteger os metais contra a corrosão. Um exemplo disso, é o processo galvanização, que reveste peças de ferro e aço com o zinco metálico.
Por fim, é possível perceber a presença da eletroquímica em várias situações do cotidiano como: fabricação de aparelhos eletrônicos, carregamento de baterias e reações do corpo humano, desenvolvendo, inclusive, equipamentos (marcapasso) que auxiliam na monitoração das atividades do coração.