APL1-Construção de uma pilha

Carolina Carrola (nº8) e Filipa Pereira (nº11)-12ºE 16/11/2017
Índice: Introdução; Objetivos; Material; Reagentes e Produtos; Procedimentos; Observações; Equações químicas; Cálculos; Conclusões
Introdução: Uma pilha eletroquímica é capaz de gerar energia elétrica a partir de uma reação de oxidação-redução espontânea. Uma pilha eletroquímica é composta por dois elétrodos, dois eletrólitos, um fio condutor e uma ponte salina. Os eletrões deslocam-se do ânodo para o cátodo, onde ocorre redução e formação da corrente elétrica. A ponte salina mantém a eletroneutralidade da solução. Na atividade por nós realizada, a ponte salina é composta por uma solução saturada de cloreto de sódio (sal marinho), e o cátodo é o cobre, enquanto o ânodo é o magnésio.
Material: Voltímetro; Tubo em U; Algodão; Balança; 4 balões volumétricos (50mL); 2 gobelés; Espátula; Vidro de relógio; Pipeta; Vareta; Funil; Garrafa de esguicho; Cobre; Magnésio; Sal
Procedimentos: Medir, numa balança, 1,28g de nitrato de magnésio, e transferir para um gobelé. Dissolver com água destilada e transferir a solução obtida para um balão volumétrico, colocando água destilada até atingir o menisco. Repetir o processo para 0,128g da mesma substância e para 0,80g e 0,08g de sulfato de cobre. Preparar uma solução saturada de cloreto de sódio e colocá-la no tubo em U, com algodão em cada extremidade do tubo, para fazer a ponte salina. Colocar os elétrodos de magnésio e cobre em gobelés diferentes e ligá-los, em paralelo, a um voltímetro para medir a diferença de potencial da pilha. De seguida, ligá-los em série. Transferir uma solução de sulfato de cobre para o gobelé com o respetivo elétrodo e uma solução de nitrato de magnésio para o outro, colocar a ponte salina entre eles e medir a diferença de potencial gerada.
1. Este processo de medição da diferença de potencial tem de ser feito entre as soluções de maior concentração, entre as soluções de menor concentração, e entre a solução de maior e menor concentração de cada composto.
Objetivos: Identificar os constituintes de uma pilhas eletroquímica; Concluir sobre a necessidade de uma ponte salina; Relacionar a concentração das soluções (quociente de reação); Prever a diferença de potencial da pilha conhecendo os elétrodos, em condições padrão; Relacionar a diferença de potencial e o quociente de reação; Determinar experimentalmente a equação de Nernst; Concluir sobre a necessidade de usar dois metais diferentes ou o mesmo mergulhado em soluções com concentrações diferentes
Equações químicas: Cu²⁺(aq)+ 2 e⁻→ Cu(s); Mg(s)→Mg²⁺(aq)+2e⁻; Cu²⁺(aq)+Mg(s)→Mg²⁺(aq)+Cu(s)
Cálculos: n₁=0,1 mol/L*(50*10⁻³) L= 5*10⁻³ mol; n₂=0,01 mol/L*(50*10⁻³) L= 5*10⁻⁴ mol; M(Mg(NO₃)₂)=256,41 g/mol; M(CuSO₄)=159,60 g/mol;
1. Magnésio: m₁=n₁*M(Mg(NO₃)₂)=5*10⁻³ mol*256,41 g/mol=1,282 g; m₂=n₂*M(Mg(NO₃)₂)=5*10⁻⁴ mol*256,41 g/mol = 0,128 g
2. Cobre: m₃=n₁*M(CuSO₄)=5*10⁻³ mol* 159,60 g/mol = 0,798 g; m₄=n₂*M(CuSO₄)=5*10⁻⁴ mol*159,60 g/mol = 0,0798 g
3. Reação 1 ([Mg] = 0,01 e [Cu] = 0,1): E = [0,34 – (-2,37)] - 0,0591 * log 0,01/0,1 = 2,73955 V Reação 2 ([Mg] = 0,1 e [Cu] = 0,01): E = [0,34 – (-2,37)] - 0,0591 * log 0,1/0,01 = 2,68045 V Reação 3 ([Mg] = 0,01 e [Cu] = 0,01) E = [0,34 – (-2,37)] - 0,0591 * log 0,01/0,01 = 2,71 V Reação 4 ([Mg] = 0,1 e [Cu] = 0,1) E = (0,34 + 2,37) - 0,0591 * log 0,1/0,1 = 2,71 V
  1. Erros: Reação 1→│2,73955-0,46│/2,73955*100=83,21%; Reação 2→│2,68045-0,51│/2,68045*100=80,97%; Reação 3→│2,71-1,28│/2,71*100=52,77%; Reação 4→│2,71-1,26│/2,71*100=53,51%
Conclusões/Observações: Dado que os erros relativos foram elevados, concluímos que a atividade não teve sucesso. Estes erros podem dever-se a pequenas diferenças na medição das massas e a perdas de reagentes. A ponte salina é necessária, pois sem ela não existem diferenças de potencial. Quanto maior for a extensão da reação, maior é a constante de equilíbrio, pelo que se conclui que a reação 1 é pouco extensas e as 2, 3 e 4 são extensas, pelo que estas últimas terão mais força eletromotriz. Como esta constante é superior a zero em todas as reações, todas elas são espontâneas. Assim, no final desta atividade, concluímos que é necessário usar dois metais diferentes ou mergulhar o metal em soluções de concentrações diferentes, pois a sua diferença de potencial é afetada por estes fatores.
Reagentes e produtos: Sulfato de cobre; Nitrato de magnésio; Água; Sal marinho; Cobre sólido; Magnésio sólido

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