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Eletroquímica
A eletroquímica é a parte da química que estuda transferências de elétrons entre as substâncias. Reações onde alguns reagentes perdem elétrons enquanto outros ganham para formar produtos são chamadas reações de oxirredução ou redox. Em uma reação de oxirredução ocorrem dois processos básicos: a perda de elétrons chamada de oxidação e o ganho de elétrons chamado de redução. Se uma substância sofre redução ela causa a oxidação de outra substância, portanto ela é o agente oxidante. Da mesma forma uma substância que foi oxidada atuou como agente redutor. Temos que:
Agente oxidante ⇔ Sofre redução ⇔ Ganha elétrons
Agente redutor ⇔ Sofre oxidação ⇔ Perde elétrons
A identificação de reações redox nem sempre é óbvia. Em geral associamos reações de transferência de elétrons com reações dentro de pilhas e baterias, entretanto reações redox são mais comuns do que imaginamos. A combustão, respiração, ferrugem são alguns exemplos de processos de oxirredução. Para identificar se uma reação é de oxirredução é necessário avaliar a variação do número de oxidação (Nox) dos produtos e reagentes. Em geral atribui-se um número de oxidação para cada átomo nos reagentes e cada átomo dos produtos. Caso ocorra variação concluímos que houve transferência de elétrons e portanto a reação é de oxirredução. Por exemplo considere as seguintes reações:
Zn(s)+2H+(aq)⟶Zn2+(aq)+H2(g)
HCl(aq)+NaOH(aq)⟶NaCl(aq)+H2O(l)
No primeiro caso o número de oxidação de substância simples é zero, para íons mononucleares o Nox é igual a carga. Temos que o Nox do zinco variou de 0 para +2 enquanto que o Nox do hidrogênio variou de 0 para +1. Portanto trata-se de uma reação redox. Já no segundo todos os átomos mantiveram seus números de oxidação constante, logo não trata-se de uma reação redox.
As reações redox estão associadas com uma energia potencial relacionada ao deslocamento dos elétrons de uma espécie para outra. Podemos calcular a força eletromotriz ou diferença de potencial de uma reação redox da seguinte forma:
E=Ered−Eoxi
Ou seja, a diferença potencial é igual a diferença dos potenciais padrão de redução do agente redutor e do agente oxidante. Os potenciais padrão de redução são obtidas a partir de uma referência, em geral o eletrodo padrão de hidrogênio. Com os valores tabulados é possível prever a espontaneidade de reações de oxirredução onde uma diferença de potencial positiva indica um processo espontâneo e uma diferença de potencial negativa indica um processo forçado ou não espontâneo. Por exemplo:
Ag+(aq)+Zn(s)⟶Ag(s)+Zn2+(aq)E=+1,56V
2Na+(aq)+F2(g)⟶2Na(s)+2F−(aq)E=−5,58V
A primeira reação ocorre espontaneamente uma vez que o potencial é positivo, podendo ser uma pilha ou célula voltaica. A segunda reação por outro lado tem um potencial negativa, logo não ocorre naturalmente, para realizá-la é necessário fornecer corrente elétrica num processo chamado eletrólise.
