Tipos de Eletrodos

Teoria Completa

E aí belezinha? Precisamos conversar sobre coisas importantes… Os diferentes tipos de eletrodos!

Quando a gente tá estudando eletrólise é comum ver o termo “eletrodo”, né?

Vamos então relembrar que um eletrodo é um terminal que a gente conecta a um circuito elétrico, beleza? É ele que permite a transferência de elétrons entre os meios através de uma corrente elétrica.

Mas aí que vem a importância do que vamos estudar aqui, dependendo da aplicação que o eletrodo vai ter, podemos ter diferentes tipos dele… Vamos ver alguns deles agora!

Eletrodos de primeira classe

Esse tipo é o que o potencial deles depende apenas da atividade da espécie iônica que recebe ou que doa os elétrons, vamos ver alguns exemplos dele:

  • Eletrodos metal-íon metálico: esse tipo aqui é formado por um pedaço de metal, que é o condutor eletrônico, imerso em uma solução com o íon metálico, que é o condutor iônico. Alguns exemplos são os eletrodos de prata, cobre e zinco. O diagrama e equação de Nernst para eles fica assim:
  • M   n + a M   n + |   M M   n + + n e - = M ε = ε ° - R T n F   l n 1 a M   n +

  • Eletrodos não metálico-não gasoso: esse é formado por um metal inerte que fica em contato com uma fase sólida ou líquida, os mais usados deles são bromo|brometo e iodo|iodeto. O diagrama e equação de Nernst para o caso do bromo|brometo, fica assim olha só:
  • B r   - |   B r 2   |   P t 1 2 B r 2 + e - = B r   - ε = ε ° - R T F   l n   a B r -

  • Eletrodos não metálico-gasoso: esses aqui são formados por um metal inerte que fica em contato simultâneo com uma solução de íon solúvel e uma corrente de gás. Nesse tipos, o potencial do eletrodo não envolve o metal é como se fosse formado só pelo gás. O diagrama e equação de Nernst para o caso do cloro|Cloreto, fica assim:

C l   - |   C l 2   |   P t 1 2 C l 2 + e - = C l   - ε = ε ° - R T F   l n   a C l -

Eletrodos de segunda classe

Esse tipo são eletrodos metálicos, constituídos por um pedaço de metal, coberto por um sólido insolúvel ou pouco solúvel, que pode ser sal, óxido ou hidrogênio, e imerso em uma solução com o ânion do sólido insolúvel do metal. O potencial deles depende da atividade do ânion em solução.

Vamos dar uma olhadinha em um exemplo quando sólido insolúvel é um sal, é o caso da prata|cloreto de prata e calomelano. E quando o sólido insolúvel é um óxido, vemos o caso do mercúrio|óxido mercuroso, dá só uma olhada no diagrama e equação de Nernst dele:

H g |   H g O   |   O H - H g O ( g ) + H 2 O l + 2 e - = H g l + 2 O H -

ε = ε ° - R T 2 F   l n   a O H   - 2

Eletrodos de terceira classe

Esse tipo são formados por um metal em equilíbrio com dois sais pouco solúveis com um ânion comum. Um exemplo comum desse tipo de eletrodo é o equilíbrio entre o ácido etilenodiaminotetracético, o íon H g + + e o íon de uma metal di, tri ou tetravalente.

Eletrodos redox

Pelo nome a gente imagina que está acontecendo uma reação de oxidação ou de redução… Mas isso acontece em todos os eletrodos, né? Confuso… Relaxa! É o seguinte, esse nome só é usado quando as espécies oxidada e reduzida estão na mesma solução, tranquilo?

A gente aqui vai ter um metal inerte imerso em uma solução que tem duas espécies solúveis em diferentes estados de oxidação. Nesse tipo, os potenciais dependem apenas das atividades das duas espécies iônicas na solução, beleza?

Um exemplo que a gente pode ver é onde o metal inerte é a prata, e a solução é composta pelos íons férricos e ferroso, ficando com o diagrama e a equação assim, olha só:

F e 3 + , F e 2 +   |   P t F e 3 + + e - = F e 2 + ε = ε ° - R T n F   l n   a F e 2 + a F e 3 +

Eletrodos íons-seletivos

Esse tipo aqui é formado pela composição de eletrodos… Como assim? Olha só, no geral ele é formado por um condutor eletrônico em contato com um condutor iônico, que é separado de outro condutor iônico por uma membrana íon-seletiva. Ele é diferente dos outros, pelo seguinte, as membranas semipermeáveis, deixam passar seletivamente a espécie iônica interessada.

Por exemplo, se a gente tiver duas soluções de K C l , separadas por uma membrana seletiva, vamos ter os íons K + e C l - primeiro o K + irá migrar de uma solução para a outra, e a solução que fez a migração vai ficar carregada negativamente pelo C l - e a outra positivamente pelo excesso de K + . Isso vai gerar uma diferença de potencial (ddp) que fará acontecer a migração contrária, isso vai ficar se repetindo até o momento em que o equilíbrio for atingido, show de bola?

Existem diferentes tipos de membranas, vamos ver algumas delas:

  • Eletrodo de vidro: Esse é tipo mais antigo de eletrodo de membrana. A membrana de vidro tem cerca de 0,005   c m de espessura, ela envolve uma solução de K C l com ácido acético, e uma lâmina de prata coberta com cloreto de prata. Uma característica muito importante dele é que, quando imerso em solução ácida ele se comporta como eletrodo de hidrogênio e se torna um medidor de pH, show, né?!
  • Eletrodo de estado sólido: O nome dele já entrega, né? A membrana dele é formada por um único cristal ou disco sólido compactado do material ativo. Um exemplo dele é o eletrodo sensível aos íons de fluoreto e a membrana dele é de fluoreto de lantânio ( L a F 3 ), um outro exemplo é a membrana de sulfeto de prata ( A g 2 S ) que é sensível ao íon sulfeto.
  • Eletrodos de membrana heterogênea: Esse aqui é muito parecido com o que vimos antes, a diferença é que o material ativo dele fica disperso sobre uma parte inerte. Esses eletrodos de membrana heterogênea são comuns para medidas de íons de C l - , B r - , I - , S 2 - e A g + .
  • Eletrodos de membrana líquida de troca iônica: A membrana desse aqui é um filme de líquidos orgânicos de baixa solubilidade em água, e dentro delas temos grandes moléculas que incorporam os íons de interesse. Um exemplo que podemos ter dele é um eletrodo de cálcio, o trocador iônico é o sal de cálcio do ácido dodecilfosfórico dissolvido em n-acetilfenilfosfonato. Existem vários outros para determinar íons como o C l - , C l O 4 - , N O 3 - , B F 4 - , C u + + e P b + + .

Show de bolinhas! Agora que vimos os diferentes tipos de eletrodos, temos alguns exercícios para fazer e fixar tudinho…

Expandir

Exercício Resolvido #1

Cadernos de Físico-Química Eletroquímica - Professora: Sonia Regina

Como são classificados os eletrodos? O que é potencial de eletrodo padrão?

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Passo 1

Fala aí! Vamos consolidar nossos conhecimentos com uma questãozinha teórica, beleza?

Na primeira parte precisamos dizer como são classificados os eletrodos… Bom, nós vimos os diferentes tipos de eletrodos são eles: de primeira classe, de segunda classe, de terceira classe, redox e íon-seletivo. A escolha entre eles vai depender da aplicação que precisaremos, beleza?

Agora nós precisamos dizer o que é o potencial de eletrodo padrão, vamos lá! O potencial padrão de um eletrodo é a medida do potencial individual dele no equilíbrio, no estado padrão. Esse estado se refere a quando as espécies eletroativas estão a uma concentração de 1 mol/kg e os gases a uma pressão de 1 bar, tranquilo?

Prontinho! Show de bola!

Resposta

Passo 1.

Exercício Resolvido #2

Adaptado de cadernos de Físico-Química Eletroquímica - Professora: Sonia Regina

Descreva uma célula de concentração de eletrodo de gás e aplique a equação de Nernst.

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Passo 1

Vamos nessa, precisamos descrever o eletrodo de gás e dar um exemplo aplicando a equação de Nernst nele, beleza? Partiu!

Bom, vamos relembrar o eletrodo de gás? Ele é aquele onde um gás fica em contato com seu íon em solução, o contato elétrico é feito por um metal inerte, que normalmente é uma barra de platina, porque ela tem a propriedade de absorver e fixar o gás na superfície, aí as moléculas do gás são transformadas em prótons, ok?

Agora que relembramos o que é um eletrodo de gás, vamos ver o exemplo do Cloro | Cloreto:

C l   - |   C l 2   |   P t

A equação de Nernst nos dá o potencial da célula em função do potencial padrão, no caso do nosso exemplo, o potencial será uma função da atividade do nosso íon cloreto, a equação ficará assim:

ε = ε ° - R T F   l n   a C l -

Conseguimos! Beleza pura!

Resposta

Passo 1.

Exercício Resolvido #3

Universidade Federal de São João del Rei - Potenciometria

Um eletrodo de vidro / ECS desenvolve o potencial de - 0,0412   V quando mergulhado em um tampão de pH 6,00 e - 0,2004   V quando mergulhado em uma solução desconhecida. Qual o pH da solução a 25 ° C ?

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Passo 1

Fala aí! Esse exercício tá falando pra gente que temos um eletrodo de vidro… Hum… Lembrando lá da nossa teoria, esse tipo de eletrodo nos permite achar o valor do pH da solução e é justamente isso que o nosso enunciado quer! Então vamos dar isso a ele!

A gente pode achar o pH da solução usando essa equação aqui:

p H D = p H T - E D - E T 1,984 ⋅ 10 - 4 ⋅ T

Nossos dados do enunciado nos deram:

E T =   - 0,0412   V E D =   - 0,2004   V p H T = 6

T = 25 ° C → 298   K

Opa! Temos tudinho!

Passo 2

Agora vamos calcular o pH da nossa solução desconhecida:

p H D = 6 - - 0,2004 - - 0,0412 1,984 ⋅ 10 - 4 ⋅ 298

p H D = 6 - - 0,1592 0,0592

p H D = 6 - - 2,689

p H D = 8,689

p H D ≈ 8,7

Show! Conseguimos!

Resposta

p H D ≈ 8,7

Exercício Resolvido #4

Universidade de São Paulo - Potenciometria

Qual é o potencial de uma pilha de Daniell com eletrólitos unitários?

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Passo 1

Fala aí! Vamos começar lembrando que a pilha de Daniell pode ser representada assim:

C u   |   C u 2 +   | |   Z n 2 +   |   Z n

Beleza? Mas o enunciado falou pra gente que os eletrólitos são unitários, né? Então vamos fazer essa representação:

C u   |   C u 2 + a C u 2 + = 1   | |   Z n 2 + a Z n 2 + = 1   |   Z n

Prontinho! É importante reparar também que nosso enunciado não forneceu pra gente a temperatura que estamos trabalhando, então vamos considerar que estamos a 25 ° C !

Agora vamos aos cálculos para encontrar o potencial, tranquilo?

Passo 2

Nosso potencial vai ser dado por:

E c é l u l a = E C u - E Z n

Mas antes de tudo vamos visitar uma tabela que tem os potenciais padrão tabelados e de lá vamos retirar que:

E C u 0 = 0,337   V E Z n 0 =   - 0,763   V

Agora sim vamos começar! Primeiro vamos encontrar o E C u :

E C u = E C u 0 - R T F   l n   a C u

E C u = 0,337 - 8,317   ⋅   298 96494   l n   1

E C u = 0,337   V

Agora encontrando o E Z n :

E Z n = E Z n 0 - R T F   l n   a Z n

E Z n =   - 0,763 - 8,317   ⋅   298 96494   l n   1

E Z n =   - 0,763   V

Nosso potencial será então:

E c é l u l a = 0,337 - - 0,763

E c é l u l a = 1,1   V

Conseguimos!

Resposta

E c é l u l a = 1,1   V

Exercício Resolvido #5

Universidade de São Paulo - Potenciometria

Dada a célula, a 25 ° C , P b   |   P b 2 + a = 1   | |   A g + a = 1   |   A g . Calcular a força eletromotriz.

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Passo 1

Precisamos encontrar a força eletromotriz desta célula, né? Temos a atividade de cada íon, mas precisamos do potencial padrão de cada um… Como o enunciado não nos forneceu, a gente pode buscar por eles em outras fontes, teremos que:

E P b 0 =   - 0,13   V E A g 0 =   0,80   V

Show! Agora vamos aos cálculos para encontrar a força eletromotriz da nossa célula!

Passo 2

A força eletromotriz será dada por:

E c é l u l a = E P b - E A g

Calculando o E P b :

E P b = E P b 0 - R T F   l n   a P b

E P b =   - 0,13 - 8,317   ⋅   298 96494   l n   1

E P b =   - 0,13 - 8,317   ⋅   298 96494 .   0

E P b =   - 0,13   V

Agora o E A g :

E A g = E A g 0 - R T F   l n   a A g

E A g =   0,80 - 8,317   ⋅   298 96494   l n   1

E A g =   0,80 - 8,317   ⋅   298 96494   .   0

E A g =   0,80   V

Nosso potencial será então:

E c é l u l a =   - 0,13 - 0,80

E c é l u l a =   - 0,93   V

Show de bolinhas!

Resposta

E c é l u l a =   - 0,93   V

Resposta

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