Eletroquímica Básica

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Oxidação

Processo no qual uma espécie química perde elétrons, resultando no aumento do seu número de oxidação (NOX).

Redução

Processo no qual uma espécie química ganha elétrons, resultando na diminuição do seu número de oxidação (NOX).

Agente Redutor

Espécie química que doa elétrons para outra, promovendo a redução desta e sofrendo oxidação no processo.

Agente Oxidante

Espécie química que recebe elétrons de outra, promovendo a oxidação desta e sofrendo redução no processo.

Ânodo (em pilha galvânica)

Eletrodo onde ocorre a oxidação. É o polo negativo da pilha galvânica.

Cátodo (em pilha galvânica)

Eletrodo onde ocorre a redução. É o polo positivo da pilha galvânica.

Ponte Salina

Dispositivo que conecta as semicélulas para manter a neutralidade elétrica pelo fluxo de íons.

Força Eletromotriz Padrão (E°pilha)

Fórmula: E°pilha = E°redução(cátodo) - E°redução(ânodo). Mede a diferença de potencial elétrico padrão.

Critério de espontaneidade (E° e ΔG°)

Uma reação é espontânea quando E° > 0 e a variação da energia livre de Gibbs ΔG° < 0.

Relação entre ΔG° e E°

ΔG° = -n * F * E°, onde n é o número de mols de elétrons e F é a constante de Faraday.

Constante de Faraday (F)

Representa a carga de 1 mol de elétrons, aproximadamente 96485 C/mol (ou ~96500 C/mol).

Equação da Carga Elétrica (Q)

Q = I * t, onde Q é a carga em coulombs, I é a corrente em amperes e t é o tempo em segundos.

1ª Lei de Faraday (Massa eletrolisada)

m = (M * Q) / (n * F) = (M * I * t) / (n * F), relacionando a massa depositada à carga que atravessou a cela.

Equação de Nernst (geral)

E = E° - (RT / nF) * ln(Q), corrigindo o potencial da cela para condições não padrão de concentração e pressão.

Equação de Nernst a 25 °C (298 K)

E = E° - (0,0592 / n) * log(Q), simplificação comum para cálculo de potencial em temperatura ambiente.

Relação entre E° e a Constante de Equilíbrio (K)

E° = (RT / nF) * ln(K), ou a 25 °C: E° = (0,0592 / n) * log(K).

Condição de equilíbrio em uma pilha

No equilíbrio eletroquímico, o potencial da célula é zero (E = 0) e a pilha descarrega totalmente.

Eletrodo Padrão de Hidrogênio (EPH)

Eletrodo de referência primário com potencial arbitrado em 0,00 V para todas as temperaturas sob condições padrão.

Condições padrão em eletroquímica

Concentração de solutos a 1 mol/L, pressão de gases a 1 bar (ou 1 atm) e temperatura típica de 298,15 K (25 °C).

Pilha de Daniell

Pilha galvânica clássica baseada na reação de oxirredução: Zn(s) + Cu²⁺(aq) -> Zn²⁺(aq) + Cu(s), gerando cerca de 1,10 V.

Ânodo na Eletrólise

Eletrodo onde ocorre a oxidação; na eletrólise, é conectado ao polo positivo da fonte de energia externa.

Cátodo na Eletrólise

Eletrodo onde ocorre a redução; na eletrólise, é conectado ao polo negativo da fonte de energia externa.

Eletrólise Ígnea

Eletrólise de compostos iônicos fundidos na ausência de água, usada na produção de metais muito reativos como o alumínio.

Eletrólise Aquosa

Eletrólise em meio aquoso, onde os íons do soluto competem com H⁺ e OH⁻ da autoionização da água pela descarga nos eletrodos.

Processo Hall-Héroult

Eletrólise ígnea da alumina dissolvida em criolita fundida para produzir alumínio metálico em escala industrial.

Processo Cloro-Álcali

Eletrólise da salmoura (NaCl aquoso) gerando cloro gasoso no ânodo, hidrogênio no cátodo e hidróxido de sódio em solução.

Bateria de Chumbo-Ácido

Bateria secundária (recarregável) de automóveis baseada nas reações de Pb e PbO₂ imersos em solução de ácido sulfúrico.

Reação global da bateria Chumbo-Ácido

Pb(s) + PbO₂(s) + 2 H₂SO₄(aq) <-> 2 PbSO₄(s) + 2 H₂O(l); a descarga forma sulfato de chumbo em ambos eletrodos.

Bateria de Íon-Lítio

Bateria recarregável que opera por intercalação reversível de íons Li⁺ entre eletrodos de grafite e óxido de metal de transição.

Vantagens das baterias de Íon-Lítio

Alta densidade de energia, ausência de efeito memória e baixa taxa de autodescarga, ideais para eletrônicos e veículos elétricos.

Pilha Alcalina

Pilha primária descartável com ânodo de zinco em pó, cátodo de MnO₂ e eletrólito alcalino de KOH, com maior durabilidade.

Célula a Combustível de Hidrogênio (PEMFC)

Dispositivo que converte a energia química da reação 2 H₂ + O₂ -> 2 H₂O diretamente em energia elétrica contínua e calor.

Corrosão Metálica

Degradação espontânea de um metal por processo redox induzido pela interação com o oxigênio e a umidade do meio ambiente.

Formação de Ferrugem

Oxidação do ferro formando íons Fe²⁺ que sofrem reações adicionais com O₂ e H₂O gerando óxidos/hidróxidos de ferro(III) hidratados.

Proteção Catódica por Ânodo de Sacrifício

Conexão do metal a ser protegido a outro metal com menor potencial de redução (como Zn ou Mg), que oxida preferencialmente.

Proteção Catódica por Corrente Impressa

Uso de uma fonte de corrente contínua externa conectada a um ânodo inerte para forçar o metal protegido a atuar como cátodo.

Galvanização

Revestimento do ferro ou aço com uma camada protetora de zinco, atuando como barreira física e ânodo galvânico.

Passivação de Metais

Formação espontânea de uma fina película de óxido aderente e impermeável sobre o metal (ex.: Al, Cr), prevenindo corrosão adicional.

Célula de Concentração

Pilha galvânica cujos dois eletrodos são do mesmo material químico, gerando ddp apenas pela diferença de concentração dos eletrólitos.

Potencial de uma célula de concentração

E = - (0,0592 / n) * log([diluído] / [concentrado]), gerando corrente até que as concentrações se igualem.

Equação de Butler-Volmer

Descreve a cinética eletroquímica relacionando a densidade de corrente com o sobrepotencial aplicado em um eletrodo.

Sobrepotencial (Overpotential)

Diferença entre o potencial aplicado experimentalmente e o potencial de equilíbrio termodinâmico para conduzir uma reação.

Galvanoplastia (Eletrodeposição)

Deposição eletrolítica controlada de uma camada metálica superficial sobre um objeto para fins decorativos ou anticorrosivos.

pHmetro (Medidor de pH)

Sensor potenciométrico baseado na equação de Nernst que correlaciona a diferença de potencial elétrico à atividade de íons H⁺.

Supercapacitores Eletroquímicos

Dispositivos que armazenam energia por dupla camada elétrica ou pseudocapacitância, fornecendo alta potência e recarga ultra-rápida.

Bateria Secundária vs. Primária

Primárias não são recarregáveis devido a reações irreversíveis; secundárias podem ser recarregadas invertendo a corrente elétrica.

Equação de Nernst-Planck

Modela o transporte de íons em soluções sob a influência simultânea de gradientes de concentração e potencial elétrico.

Condutividade Eletrolítica (κ)

Capacidade de uma solução iônica conduzir corrente elétrica, dependente da concentração e mobilidade iônica.

Inibidores de Corrosão

Substâncias químicas adicionadas ao meio corrosivo que formam filmes protetores na superfície do metal, retardando a reação redox.

Dióxido de Titânio na Fotoeletroquímica

Semicondutor utilizado como fotoânodo para a clivagem da água em hidrogênio e oxigênio pela absorção de luz solar.