O que é eletroquimica?

Eletroquímica

A eletroquímica é o ramo da química que estuda as reações químicas que produzem eletricidade (reações espontâneas) e as reações químicas que são causadas pela eletricidade (reações não espontâneas). Essencialmente, ela explora a interconversão entre energia química e energia elétrica.

Conceitos Fundamentais

• Reações de Oxidação-Redução (Redox): A base da eletroquímica reside nas reações de oxidação-redução, onde há transferência de elétrons entre espécies químicas. A oxidação é a perda de elétrons, enquanto a redução é o ganho de elétrons.
• Células Eletroquímicas: Dispositivos que convertem energia química em elétrica (células galvânicas ou voltaicas) ou energia elétrica em química (células eletrolíticas).
• Eletrodos: Condutores elétricos onde ocorrem as reações de oxidação e redução. O eletrodo onde ocorre a oxidação é chamado de ânodo, e o eletrodo onde ocorre a redução é chamado de cátodo.
• Potencial de Eletrodo: Uma medida da tendência de um eletrodo a perder ou ganhar elétrons. O potencial de eletrodo padrão é medido em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio (SHE).
• Ponte Salina: Um dispositivo usado para manter o equilíbrio de cargas em células eletroquímicas, permitindo o fluxo de íons entre os dois compartimentos da célula.
• Eletrólitos: Substâncias que conduzem eletricidade quando dissolvidas em água, devido à presença de íons livres.

Aplicações

A eletroquímica tem uma vasta gama de aplicações, incluindo:

• Baterias e Pilhas: Fontes de energia portáteis baseadas em reações redox espontâneas.
• Eletrólise: Uso de corrente elétrica para conduzir reações químicas não espontâneas, como a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio.
• Corrosão: Degradação de materiais devido a reações eletroquímicas com o ambiente. O estudo da corrosão leva ao desenvolvimento de métodos de proteção, como revestimentos e proteção catódica.
• Galvanoplastia: Deposição de uma camada fina de um metal sobre outro usando eletricidade para melhorar a aparência, a resistência à corrosão ou outras propriedades.
• Sensores Eletroquímicos: Dispositivos que detectam e quantificam espécies químicas através de medições eletroquímicas, amplamente utilizados em análise ambiental, médica e industrial.

Leis da Eletrólise de Faraday

As leis de Faraday quantificam a relação entre a quantidade de substância produzida ou consumida em um eletrodo e a quantidade de eletricidade que passa pela célula eletrolítica:

• Primeira Lei: A massa de uma substância alterada em um eletrodo durante a eletrólise é diretamente proporcional à quantidade de eletricidade que passa pela solução.
• Segunda Lei: Para uma dada quantidade de eletricidade, a massa de um elemento depositado é diretamente proporcional ao seu peso equivalente (peso atômico dividido pela valência).

A quantidade de eletricidade é geralmente medida em Coulombs (C), e a carga de um mol de elétrons é conhecida como a constante de Faraday (F ≈ 96485 C/mol).

Termodinâmica da Célula

A relação entre o potencial da célula (E), a variação de energia livre de Gibbs (ΔG) e a constante de equilíbrio (K) é fundamental para entender a espontaneidade das reações eletroquímicas:

• ΔG = -nFE, onde n é o número de moles de elétrons transferidos e F é a constante de Faraday.
• ΔG = -RTlnK, onde R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura em Kelvin.

Essas relações permitem prever se uma reação redox ocorrerá espontaneamente sob certas condições e determinar a constante de equilíbrio da reação.