Eletroquímica

A eletroquímica é um ramo da Química que descreve duas importantes áreas de estudo: a oxirredução e a eletrólise. A oxirredução, também conhecida como reações de óxido-redução, engloba os processos em que há transferência de elétrons entre as espécies químicas envolvidas, resultando na mudança de seus estados de oxidação. Por sua vez, a eletrólise estuda as reações químicas provocadas pela passagem de corrente elétrica através de um eletrólito.

A eletroquímica é de extrema importância para a compreensão dos princípios fundamentais das células eletroquímicas, como as células galvânicas e as células eletrolíticas, que são a base para o funcionamento de diversas tecnologias, incluindo aplicações na indústria, medicina e meio ambiente.

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Resumo sobre eletroquímica

• A eletroquímica estuda as interações entre reações químicas e corrente elétrica.
• Envolve processos de oxidação e redução (reações redox) que ocorrem em sistemas eletroquímicos.
• Pilhas eletroquímicas convertem energia química em energia elétrica por meio de reações redox.
• Eletrólise é o processo inverso, no qual uma corrente elétrica é usada para impulsionar reações não espontâneas.
• A eletroquímica é aplicada em tecnologias de armazenamento de energia, como baterias recarregáveis.
• Desempenha um papel importante na transição para fontes de energia sustentáveis, como células a combustível.
• Contribui para o tratamento de água e remoção de poluentes por meio de processos eletroquímicos.
• Técnicas eletroquímicas são utilizadas em análise química e detecção de substâncias em diversas amostras.
• A indústria eletroquímica emprega processos como eletrodeposição, eletrossíntese e eletrólise industrial.
• Aplicações médicas incluem biossensores eletroquímicos para diagnóstico e monitoramento de saúde.

O que a eletroquímica estuda?

A eletroquímica estuda os fenômenos químicos que envolvem a transferência de elétrons, como oxidação, redução, corrosão e eletrólise, ou seja, reações químicas que geram corrente elétrica ou dependem dela para ocorrerem.

Conceitos importantes da eletroquímica

Para compreender melhor as reações que envolvem a eletroquímica, é necessário compreender alguns conceitos importantes:

• Oxidação: processo em que uma espécie química (átomo, íon ou molécula) cede um elétron para outra. Isso ocorre devido à diferença no número de oxidação (NOX) das espécies participantes. Como consequência, quando um átomo ou molécula oxida, seu NOX aumenta.
• Redução: é o inverso da oxidação. Nesse caso, a espécie química recebe o elétron cedido no processo de transferência, fazendo com o que seu NOX seja reduzido. Quando isso ocorre, dizemos que ela foi reduzida.

Ponto importante: Vale ressaltar que os processos de oxidação e redução ocorrem simultaneamente. Logo, para que um ocorra, necessariamente o outro ocorrerá, pois, quando um elétron é doado, é preciso que haja um recebedor desse elétron.

• Número de oxidação: é o valor numérico que indica a capacidade que determinada espécie química tem de atrair os elétrons em uma reação química (receber). Sendo assim, quanto maior for o NOX, mais facilmente o átomo, íon ou molécula receberá elétrons, ou seja, será reduzido. O mesmo vale para NOX muito baixo, indicando que a espécie em questão é suscetível a ser oxidada (perder elétrons). Para saber mais sobre o número de oxidação, clique aqui.
• Número de redução: refere-se à capacidade que a substância tem de ser reduzida. Sendo assim, quanto maior o número redução, mais facilmente essa substância receberá elétrons.
• Agente oxidante: espécie química que recebe elétrons nas reações de oxidorredução, pois, ao receber, ela está sendo reduzida e, consequentemente, está oxidando a espécie doadora.
• Agente redutor: é a espécie que perde elétrons. Isso porque, ao oxidar, ela provoca a redução da espécie que receberá os elétrons.
• Eletrólise: é o processo no qual uma corrente elétrica externa é aplicada a uma célula eletroquímica para promover uma reação não espontânea. A eletrólise é usada para decompor compostos em seus constituintes ou para obter produtos químicos específicos. Para saber mais sobre esse processo, clique aqui.
• Corrosão: é um processo eletroquímico no qual um metal é deteriorado devido a reações com o ambiente. A corrosão envolve a oxidação do metal e é influenciada por fatores como umidade, oxigênio e presença de substâncias corrosivas. Para saber mais, clique aqui.
• Potencial de eletrodo: é a medida da capacidade de um eletrodo em atrair ou liberar elétrons durante uma reação eletroquímica. O potencial de eletrodo é expresso em relação a um potencial de referência, como o eletrodo-padrão de hidrogênio.
• Célula eletroquímica: é um sistema onde ocorrem as reações eletroquímicas. É constituída por dois eletrodos (ânodo e cátodo) imersos em soluções eletrolíticas conectadas por um circuito externo. A célula eletroquímica permite a transferência de elétrons entre os eletrodos por meio de reações de oxirredução.

• Potencial de célula: é a diferença de potencial elétrico entre os dois eletrodos de uma célula eletroquímica. O potencial de célula é medido em volts e fornece informações sobre a direção e espontaneidade da reação eletroquímica.
• Leis de Faraday: são leis que relacionam a quantidade de substância produzida ou consumida em uma reação eletroquímica com a quantidade de eletricidade que passa pela célula eletroquímica. As leis de Faraday descrevem a relação entre carga elétrica eletrodepositada, tempo e corrente elétrica. Para saber mais sobre elas, clique aqui.

Aplicações da eletroquímica

A eletroquímica tem uma ampla variedade de aplicações em diversas áreas da ciência e da tecnologia. Podemos citar algumas das principais aplicações da eletroquímica:

• Baterias e armazenamento de energia: As baterias são dispositivos eletroquímicos que convertem energia química em energia elétrica. Elas são amplamente utilizadas em dispositivos eletrônicos, veículos elétricos, sistemas de armazenamento de energia renovável e muito mais. A eletroquímica desempenha um papel essencial no desenvolvimento e aprimoramento das baterias.

• Corrosão e proteção de materiais: A eletroquímica é fundamental para entender os processos de corrosão, que envolvem reações eletroquímicas que causam a deterioração de metais. Por meio dela, é possível desenvolver estratégias de proteção contra a corrosão, como revestimentos, inibidores e técnicas de proteção catódica. A exemplo disso, podemos citar a galvanização, que é aplicada em peças metálicas para protegê-las da corrosão. Consiste basicamente em conectar a peça a um polo negativo (cátodo) e uma peça de zinco é conectada ao polo positivo (ânodo).

• Células a combustível: Esses dispositivos eletroquímicos convertem energia química diretamente em energia elétrica. Elas oferecem uma alternativa eficiente e limpa para a geração de eletricidade. As células a combustível são usadas em veículos elétricos, sistemas de energia estacionária e em várias outras aplicações.

• Sensores eletroquímicos: Esses dispositivos utilizam reações eletroquímicas para detectar e medir substâncias químicas ou analisar propriedades de soluções. Eles são amplamente utilizados em análises químicas, monitoramento ambiental, diagnósticos médicos e outras aplicações.
• Eletrossíntese: A eletrossíntese envolve a utilização de corrente elétrica em reações químicas para produzir compostos e materiais de forma mais eficiente e sustentável. Ela é aplicada em síntese orgânica, produção de produtos químicos e fabricação de materiais avançados.
• Eletroquímica ambiental: A eletroquímica desempenha um papel importante na área ambiental, incluindo tratamento de águas residuais, purificação de água, remoção de poluentes, análise eletroquímica de contaminantes eletroativos e monitoramento de qualidade do ar.

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Importância da eletroquímica

A eletroquímica ganha destaque em vários setores, de acordo com as suas aplicações, pois é um ramo que tem impulsionando o avanço de tecnologias de armazenamento de energia em grande escala, como baterias de íons de lítio e sistemas de armazenamento em rede, permitindo a integração de fontes de energia renováveis e promovendo a transição para uma matriz energética mais limpa.

Além disso, sua importância pode ser percebida pelas suas aplicações em setores que envolvem o meio ambiente e saúde, como:

• no tratamento de água, permitindo a remoção de poluentes e contaminantes por meio de processos como eletrocoagulação, eletroflotação e eletro-oxidação;

• na redução da poluição atmosférica, por meio de tecnologias como células eletroquímicas de redução seletiva de óxidos de nitrogênio (NOx) e células eletroquímicas de captura de carbono;
• na indústria, sendo utilizada em processos como eletrodeposição, eletropolimento, eletrossíntese e eletrólise industrial;
• na área médica, no diagnóstico e monitoramento de saúde, como os biossensores eletroquímicos que são usados para a detecção de biomarcadores, análise de DNA, medição de glicose e monitoramento de outras substâncias biológicas importantes.

História da eletroquímica

A eletroquímica é um campo científico que remonta a vários séculos atrás, com contribuições significativas ao longo da história. Podemos destacar alguns marcos históricos da história da eletroquímica com base em seu desenvolvimento ao longo do tempo:

• Século XVIII — Descoberta dos efeitos elétricos: No final do século XVIII, Luigi Galvani e Alessandro Volta realizaram experimentos que levaram à descoberta dos efeitos elétricos nas reações químicas. Galvani observou que a contração muscular ocorria quando um nervo era exposto a uma diferença de potencial elétrico, enquanto Volta desenvolveu a pilha voltaica, um dispositivo capaz de produzir uma corrente elétrica usando uma combinação de metais e líquidos.
• Início do século XIX — Teoria das reações eletroquímicas: Humphry Davy contribuiu significativamente para a compreensão da eletroquímica. Ele demonstrou a eletrólise de compostos e isolou vários elementos por meio de eletrólise. Davy também propôs a teoria de que a eletricidade era a causa das reações químicas.

• Meados do século XIX — Leis de Faraday: Michael Faraday realizou uma série de experimentos e formulou as leis da eletrólise, conhecidas como leis de Faraday. Essas leis relacionam a quantidade de substância formada em uma eletrólise com a quantidade de eletricidade passada.

• Final do século XIX — Eletroquímica moderna: Durante o final do século XIX, a eletroquímica como disciplina científica se desenvolveu e se tornou mais estabelecida. Svante Arrhenius propôs a teoria dos eletrólitos, explicando a condução elétrica em soluções formadas por íons. Walther Nernst desenvolveu a equação de Nernst, que relaciona o potencial do eletrodo com as concentrações de espécies químicas envolvidas.
• Século XX - Avanços e aplicações: Ao longo do século XX, houve avanços significativos na eletroquímica e suas aplicações. Carl Wagner desenvolveu a teoria das reações eletroquímicas, explicando os processos de transferência de carga em eletrodos.

Esses são apenas alguns marcos importantes na história da eletroquímica. Ao longo dos anos, a eletroquímica tem sido um campo ativo de pesquisa, com contínuos avanços científicos e aplicações práticas em diversos setores, incluindo energia, meio ambiente, química analítica e materiais.

Exercícios resolvidos sobre eletroquímica

Questão 1

Sobre os conceitos importantes da eletroquímica, agente oxidante é a espécie química que:

a) perde elétrons.

b) oxida.

c) é reduzida.

d) sofre corrosão.

e) N.D.A

Justificativa: Letra C. A espécie química que sofre redução está oxidando outra. Por isso, ela atua como agente oxidante.

Questão 2

Oxidação é processo eletroquímico em que ocorre:

a) compartilhamento de elétrons.

b) perda de elétrons.

c) ganho de elétrons.

d) perda de um nêutron.

e) ganho de um próton.

Justificativa: Letra B. A “perda” de elétrons de uma determinada espécie química é o que caracteriza a oxidação. Lembrando que, para que haja oxidação, é necessário que tenha redução, pois trata-se de um processo simultâneo.

Fontes:

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