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Eletroquímica: entenda o que é ânodo e cátodo, suas funções e veja a equação global da pilha
Química - Manual do Enem
Índice
Introdução
A parte da Química que estuda os fenômenos envolvidos na produção de corrente elétrica a partir da transferência de elétrons em reações de oxirredução e a utilização de corrente elétrica na produção das reações é denominada eletroquímica.
A eletroquímica é dividida em dois assuntos: pilhas e baterias, e eletrólise. As pilhas e baterias são aparelhos que produzem corrente elétrica através de reações espontâneas de oxirredução. Eletrólise trata-se do processo no qual corrente elétrica produz reações de oxirredução.
Alguns dos termos bem conhecidos da eletroquímica são o ânodo e cátodo. O ânodo Representa o polo negativo, caracterizado pela perda de elétrons - um fenômeno conhecido como oxidação. Neste contexto, o ânodo atua como agente redutor.
Já o cátodo é o polo positivo, onde ocorre o ganho de elétrons, processo denominado redução. Aqui, o cátodo desempenha o papel de agente oxidante. Entenda melhor a seguir como se dá esse processo!
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A Pilha de Daniell
A pilha de Daniell foi criada em 1836 e era composta por dois eletrodos metálicos unidos externamente por um fio condutor e duas semicelas ou semicélulas unidas por uma ponte salina.
Essa ponte salina é um tubo de vidro em forma de U invertido que contém uma solução saturada de sal inerte, como nitrato de potássio (KNO3), cloreto de potássio (KCl) ou sulfato de potássio (K2SO4), e seu objetivo é permitir o intercâmbio de íons entre as semicélulas e fechar o circuito para a corrente contínua produzida entre os eletrodos mergulhados nas soluções eletrolíticas dessas semicélulas.
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A ponte salina também é responsável por manter a neutralidade elétrica das soluções nas semicélulas: no ânodo, há um excesso de carga positiva devido à oxidação; e, no cátodo, há um excesso de carga negativa devido à redução.
Assim, a ponte salina permite que ânions ali presentes se dirijam para o lado com excesso de carga positiva, enquanto os cátions migram para o lado com excesso de carga negativa, mantendo as soluções eletricamente neutras.
A pilha de Daniell apresenta o seguinte aspecto:
Depois de certo tempo funcionando, a pilha passa a apresentar o seguinte aspecto:
Percebemos, pela imagem acima, que a lâmina de cobre ficou mais espessa e a solução passou a apresentar uma coloração azul mais clara. Essas mudanças são explicadas através da semi-reação de redução abaixo:
Cu2+ (aq) + 2 e- → Cu (s)
Solução Lâmina
O eletrodo que sofre redução é denominado cátodo.
Já a lâmina de zinco, sofreu corrosão, e isso é explicado através da semi-reação de oxidação a seguir:
Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2 e-
Lâmina Solução
O eletrodo que sofre oxidação é denominado ânodo.
DICA: REDUÇÃO → CÁTODO (ambos começam com consoante)
OXIDAÇÃO → ÂNODO (ambos começam com vogal)
Analisando essas duas semi-reações, concluímos que os elétrons migram no circuito externo do eletrodo de zinco (ânodo, polo negativo) para o eletrodo de cobre (cátodo, polo positivo).
Equação global da pilha
Assim, a equação global dos processos que aconteceram na pilha é obtida por meio da soma das duas semi-reações:
- Ânodo/semi-reação de oxidação: Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2 e-
- Cátodo/semi-reação de redução: Cu2+ (aq) + 2 e- → Cu (s)
- Reação global: Zn (s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu (s)
Oficialmente, as pilhas são representadas da seguinte maneira:
A → Ax+ + x e- [ânodo (oxidação)] // Bx+ + x e- → B [cátodo (redução)]
↓
ponte salina
De acordo com essa notação, podemos representar a pilha de Daniell da seguinte forma:
Zn0 → Zn2+ + 2 e- // Cu2+ + 2 e- → Cu0
ou
Zn0 / Zn2+ // Cu2+ / Cu0
Eletrólise
A eletrólise trata-se de um processo não-espontâneo em que há a ocorrência de reações químicas através da passagem de corrente elétrica por um sistema líquido que contenha íons.
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As eletrólises ocorrem em cubas eletrolíticas que possuem corrente elétrica produzida por um gerador (pilha). Geralmente, os eletrodos nesse sistema são inertes e formados por platina ou grafita (carvão). As substâncias que irão sofrer eletrólise podem estar no estado fundido ou em solução aquosa. O esquema abaixo mostra a representação do processo de eletrólise.
Nesse processo, os elétrons emergem do gerador - no caso, a pilha - pelo ânodo (-), e entram na célula eletrolítica pelo cátodo (-), no qual produzem redução. Os elétrons emergem pelo ânodo (+) na célula eletrolítica, onde ocorre oxidação, e chegam ao gerador pelo cátodo (+).
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Considere a célula eletroquímica, representada pela equação global:
Ni + Cu+2 → Ni+2 + Cu
É correto afirmar que: