Estudo de células galvânicas



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Encontro13.11.2017
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ESTUDO DE CÉLULAS GALVÂNICAS

OBJECTIVO
Cálculo e determinção experimental da força electromotriz de várias células galvânicas.

TÉCNICA
A montagem utilizada no presente trabalho está indicada na Figura 1. Os copos contendo os vários electrólitos das células em estudo são colocados num suporte de vidro acrílico ficando semi-imersos num banho termostatizado. O nível da solução dentro de cada copo deve ficar abaixo do nível da água do banho. No início da aula o controlador de temperatura do banho termostático deve ser regulado para 25 ºC e ligado. Deve verificar-se com um termómetro que a temperatura das soluções igualou a do banho, antes de iniciar a medição da força electromotriz das pilhas.


  1. Soluções a utilizar (disponíveis no laboratório)



  1. CuSO4 1,0 M

  2. CuSO4 0,1 M

  3. CuSO4 0,01 M

  4. AgNO3 0.1 M

  5. Pb(NO3)2 0,1 M

  6. ZnSO4 0,1 M



Figura 1 Esquema da montagem utilizada no estudo das células galvânicas





  1. Preparação de eléctrodos metálicos

Preparar três eléctrodos de cobre, um eléctrodo de chumbo, um eléctrodo de zinco e um eléctrodo de prata, a partir das amostras destes metais existentes no laboratório. Antes da utilização os eléctrodos devem ser polidos com uma lixa fina, lavados com água destilada e secos com papel.


  1. Preparação da ponte salina

As pontes salinas já se encontram preparadas no laboratório. Para evitar contaminações, existe uma ponte salina específica para cada célula galvânica. As pontes salinas estão identificadas com o número correspondente à célula galvânica a que se destinam. Quando não estão a ser utilizadas, as pontes salinas devem ser mantidas com as extremidades mergulhadas numa solução 0,1 M em KNO3. Caso necessário podem ser preparadas de acordo com o seguinte processo. Dissolver 3g de agar-agar em 100 ml de uma solução saturada de KNO3 e levar à ebulição durante cerca de cinco minutos. Introduzir esta mistura num tubo em forma de “U” e deixar arrefecer até à temperatura ambiente


  1. Construção das células galvânicas e medição das respectivas forças electromotrizes

Serão estudadas 6 células galvânicas, correspondentes às seguintes combinações:
Célula 1: Cu(s) | Cu2+ (0.1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu(s)

Célula 2: Cu(s) | Cu2+ (0.01 M) || Cu2+ (1 M) | Cu(s)

Célula 3: Zn(s) | Zn2+ (0.1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu(s)

Célula 4: Zn(s) | Zn2+ (0.1 M) || Pb2+ (0.1 M) | Pb(s)

Célula 5: Pb(s) | Pb2+ (0.1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu(s)

Célula 6: Cu(s) | Cu2+ (0.1 M) || Ag+ (0.1 M) | Ag(s)


Figura 2 Disposição dos seis electrólitos e das pontes salinas dentro do banho termostatizado.

A força electromotriz de cada célula é medida utilizando uma montagem análoga à apresentada no esquema da Figura 1. As células são construidas de acordo com a seguinte sequência:

(i) Colocar cerca de 60 - 80 ml de solução em cada copo.

(ii) Ajustar os copos no suporte do banho termostatizado de acordo com o esquema da Figura 2. Ter em atenção que o nível de solução no copo deve ficar abaixo da linha de água do banho termostático.

(iii) Introduzir a(s) ponte(s) salina(s) correspondente(s) à célula galvânica em estudo.

(iv) Ligar os eléctrodos ao voltímetro. A ligação dos eléctrodos ao voltímetro deve ser feita de modo a gerar uma diferença de potencial positiva - o sinal (+) do voltímetro deve ser ligado ao eléctrodo que vai funcionar como cátodo e o sinal (-) ao eléctrodo que vai funcionar como ânodo.

(v) Mergulhar os eléctrodos na solução e medir a força electromotriz da célula com auxílio do voltímetro.

ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Calcular a força electromotriz cada célula galvânica estudada com base nos valores de força electromotriz padrão e nas concentrações das soluções, usando a equação de Nernst.

Determinar a constante de equilíbrio correspondente a cada célula estudada.


QUESTÕES PARA DISCUSSÃO
1. Por que razão a força electromotriz de uma célula galvânica diminui com o tempo? Por que é que tal não acontece durante este trabalho experimental?

2. Por que razão as soluções que constituem as células galvânicas se encontram termostatizadas?

3. Por que razão é necessário polir os eléctrodos metálicos antes de os utilizar nas células galvânicas?

4. Os iões H3O+ e OH- da água que constitui a solução da ponte salina também actuam como transportadores de carga?



  1. Uma substância é tanto mais forte como oxidante quanto maior o seu potencial padrão de redução? Justifique.

6. O que se entende por pilha de concentração ?

7. Preveja se a reacção:

Pb2+ (aq) + Sn (s)  Sn2+ (aq) + Pb (s)



é espontânea a 25 ºC sabendo que: = -0,1262 V, = -0,1375 V, [Pb2+] = 0,1 M e [Sn2+] = 0,5 M. Represente esquematicamente a célula galvânica correspondente,.




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