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QUMICA NOVA NA ESCOLA N 17, MAIO 200

1, Potencial de Eletrodo:

uma Medida Arbitrria e Relativa

Potencial de Eletrodo:

Recebido em 3/1/01; aceito em 25/2/03

LL

Potencial de eletrodo

Oprincipal objetivo destetrabalho demonstrar anatureza relativa e arbitrria

do valor dos potenciais de eletrodo,utilizando para isso um eletrodo dereferncia no convencional: um cilindrode grafita (retirado de pilhas descar-regadas) inserido em uma laranja(eletrodo de referncia de laranja - ERL).Trata-se de um experimento simples etil para se construir a srie das tenseseletroqumicas, utilizando metais facil-mente encontrados em nosso cotidiano.

Inicialmente, ser necessria a in-troduo de alguns conceitos e de-finies teis.

A origem dos potenciais de eletrodo

Quando uma lmina ou fio metlicofeito, por exemplo, de zinco mergu-lhado em uma soluo de seus ons,estabelece-se um equilbrio na inter-face zinco metlico/soluo de seus

ons, que constitui um sistema quedenominamos de eletrodo (neste caso,eletrodo de zinco):

Zn2+(aq) + 2e Zn(s) (1)

Este equilbrio indica que as reaesdireta {Zn2+(aq) + 2e Zn(s)} e in-versa {Zn(s)Zn2+(aq) + 2e} aconte-cem com a mesma velocidade eenvolvem a transferncia de eltrons en-tre o metal e os seus ons em soluo.

Jos Carlos Marconato e Edrio Dino Bidia

Neste experimento, utiliza-se um eletrodo de referncia no convencional, de laranja, para medir o potencialde alguns metais na soluo de seus ons, enfatizando a natureza arbitrria e relativa dos valores de potenciaisde eletrodo listados na srie das tenses eletroqumicas.

potencial de eletrodo, potencial de equilbrio, eletrodo de referncia, ensino de Qumica alternativo

Desta forma, quando o equilbrio atin-gido, o metal, assim como a soluo,estaro eletricamente carregados. Por-tanto, existir uma separao de cargasna interface metal-soluo e, comoconseqncia, tem-se uma diferena depotencial entre o metal e a soluo, aqual chamamos de potencial de eletrododo metal, ou E (Compton e Sanders,1998; Gentil, 1996).

importante lembrar que o conceitode potencial de eletrodo no se limita ametais. possvel preparar eletrodosnos quais h gases em equilbrio comons em soluo (Denaro, 1974).

A equao de Nernst

Walther Hermann Nernst (1864-1941), um qumico alemo, foi o pri-meiro a deduzir uma equao que per-mitiu calcular a diferena de potencialexistente entre um metal e a soluode seus ons, ou seja, o potencial de

eletrodo. Essa equao conhecidaatualmente como equao de Nernste, para o caso do eletrodo de zinco,tem a seguinte forma:

E = E + RT/2Fln [Zn2+] (2)

onde E o potencial de eletrodo (a dife-rena entre o potencial do metal, M, e oda soluo, s), Fa constante de Fa-raday (96485 C mol-1),R a constante dos

gases (8,314 J mol-1 K-1),Ta temperaturtermodinmica, [Zn2+] a concentrade ons Zn2+ em soluo e E o potenciapadro (medido nas condies padroneste caso [Zn2+] = 1,0 mol/L, T = 29K). Havendo interesse, a deduo dverso geral e rigorosa dessa equaopode ser consultada em livros como ode Denaro (1974), Moore (1976) Compton e Sanders (1998). Utilizandose logaritmo decimal e substituindo-seos valores de R e F, a 298 K essequao expressa como

E = E + 0,059/2 log [Zn2+] (3

A equao de Nernst indica que diferena de potencial depende dnatureza do metal utilizado, da concentrao de seus ons em soluo e datemperatura.

Medidas de potenciais de eletrodo: a

necessidade de sistema de referncia

Atravs de um experimento bastante simples, como o ilustrado na Figura1, pode-se observar que impossverealizar uma medida de potencial utilzando apenas uma interface eletrodosoluo1 (Figura 1a). Assim, surge necessidade da utilizao de umsegundo eletrodo para que a medidtenha sucesso (Figura 1b).

importante ressaltar tambm quede acordo com o arranjo mostrado na

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Figura 1b, mede-se apenas a diferenade potencial () entre os eletrodos Ae B utilizados, dada por:

= (metal A - s) - (metal B - s) (4)

O objetivo da introduo do segun-do eletrodo (Figura 1b) que ele atuecomo um eletrodo de referncia, isto, um sistema que possua um poten-

cial fixo, = constante. Assim, a eq. 4pode ser reescrita da seguinte forma:

= (metal A - s) - (ref. - s) (5)

Supondo que o eletrodo de refern-cia atue de tal forma que a quantidade(ref. - s) seja uma constante, tem-se:

= (metal A - s) + constante (6)

Desta forma, possvel observarque todas as medidas de potenciaisde eletrodo so, por natureza, medidasrelativas e, ao mesmo tempo, arbitr-rias, pois sempre necessrio um ele-trodo de referncia, um sistema quetenha um potencial constante.

O eletrodo de referncia mais citadonas tabelas que contm a srie dastenses eletroqumicas o eletrodopadro de hidrognio (EPH), ao qualse atribui, arbitrariamente, o valor iguala zero volt de potencial de eletrodo. OEPH consiste de uma chapa de platina,recoberta com um depsito de negrode platina, mergulhada em soluo

aquosa de cido clordrico, na qual bor-bulha-se gs hidrognio a presso de1 atm a 298 K (Compton e Sanders,1998; Peruzzo e Canto,1997). Para ocaso da medida do potencial do ele-

trodo de zinco, imerso em soluo deseus ons, nas condies padro,utilizando-se o eletrodo padro dehidrognio (Figura 2) como referncia,o valor obtido de -0,763 V, isto :E(Zn/Zn2+) = -0,763 V.

Material e mtodos

1 voltmetro digital (R$ 20,00)

grafita (pilhas usadas) metais [chumbo (casas de bate-

rias), chapas de zinco (pilhas usa-das), fio de cobre (casas de ma-teriais eltricos)]

solues de nitrato de cobre (ouchumbo ou zinco) 1,0 mol/L

bqueres de 50 mL 1 tubo de vidro ou plstico (di-

metro de 1 cm) em forma de Upara construo da ponte salina

nitrato de sdio (ponte salina) lixa fina, para polir os metais.

importante que a superfcie dometal a ser medido esteja bri-lhante, ou seja, livre de xido ouqualquer outra cobertura oucontaminao.

Construo da ponte salina

A ponte salina de fundamentalimportncia para a realizao dessasmedidas: sua funo manter a ele-troneutralidade das solues e fecharo circuito eltrico.

Como preparar

Utilizando um tubo em forma deU, completa-se seu volume comsoluo aquosa de nitrato de sdio

1,0 mol/L, deixando um espao vaziode 1 cm no topo, para ser preenchidocom um chumao de algodo, quepermitir que a soluo interna noescoe quando o tubo for invertido.Deve-se tomar cuidado para no deixarbolhas de ar dentro da soluo.

Resultados e concluses

O arranjo experimental para a de-terminao dos potenciais dos diferen-tes metais em soluo de seus ons apresentado na Figura 3. Os valoresde potenciais medidos em relao ao

eletrodo de referncia de laranja e aoeletrodo padro de hidrognio, paraeletrodos de zinco, cobre e chumboso apresentados na Tabela 1.

interessante observar que os va-lores dos potenciais determinados como eletrodo de referncia no conven-cional so muito diferentes daquelesobservados em tabelas de livros; po-rm, a seqncia observada na srie a mesma. Isto demonstra a naturezarelativa e arbitrria da medida, isto , adependncia do eletrodo de referncia

utilizado. Outro ponto importante quemerece ser ressaltado que, para cadalaranja utilizada, obtm-se diferentesvalores de potencial para o mesmo me-tal2. Isto ocorre em funo do suco delaranja ser constitudo de uma misturacomplexa de substncias, que variamde uma laranja para outra. Convmressaltar tambm que a laranja podeser substituda por outras frutas ctricas(limo, tangerina) e legumes como o

Figura 1: Possibilidades de medidas de potenciais: (a) uma tentativa sem sucesso, utilizandoapenas uma interface eletrodo-soluo; (b) medida realizada com xito, utilizando umsistema de dois eletrodos (adaptado de Compton e Sanders,1998).

Figura 2: Medida do potencial padro deeletrodo do sistema Zn/Zn2+, utilizando oeletrodo padro de hidrognio.

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tomate, por exemplo.Outros metais tambm podem ser

includos nas medidas, como porexemplo, alumnio e magnsio. Porm,devido facilidade de oxidao (perdade eltrons), esses metais recobrem-se rapidamente com uma camada finade xido. Essa tendncia manifesta-seatravs da variao contnua do poten-cial, quando da imerso do metal poli-do na soluo de seus ons. Nessescasos, recomenda-se que o polimento

do metal seja realizado dentro da pr-pria soluo de medida, anotando-sea leitura com maior valor de potencialcomo sendo o potencial de eletrodo.

Sugesto

Os valores de potenciais obtidoscom o eletrodo de referncia alternativo(ERL) podem ser utilizados para oclculo do potencial desenvolvido emuma pilha cobre e zinco, representadapela reao global abaixo:

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

O potencial desta pilha em relao

ao eletrodo no convencional pode sercalculado atravs de (Peruzzo e Canto,1997):

E*(pilha) = E*(Cu2+/Cu) - E*(Zn2+/Zn)= 0,062 V - (-1,003 V) = 1,065 V

Como o valor de potencial medido positivo, a reao envolve um pro-cesso espontneo, da forma comoest escrita.

Recomenda-se tambm a realiza-o de medidas de potenciais de ele-

trodo dos metais zinco, cobre e chum-bo, utilizando agora, como eletrodo dereferncia, a lmina ou fio de cobreimerso em soluo de sulfato ou nitratode cobre 1,0 mol/L, j utilizadosanteriormente. Novamente, percebe-seque, com a mudana no sistema dereferncia, outros valores de potenciaisso obtidos, mas a seqncia da sriepermanece inalterada.

Recomendaes

1. Os sais de cobre, zinco e chum-bo utilizados nesses experimentos sosubstncias txicas e representam

Figura 4: Desenho esquemtico de umpilha comum.

srios riscos sade, assim como parao meio ambiente. Portanto, recomendvel que as suas solues sejamreaproveitadas, e no descartadas empias ou no solo. Esses sais podem se

adquiridos em casas especializadaem produtos qumicos.2. O eletrodo de grafita e a chap

de zinco podem ser obtidos de pilhacomuns exauridas (vide Figura 4). ObsRecomenda-se a no utilizao dpilhas alcalinas, pois o sistema outroe no devem ser abertas, pois existe orisco de acidentes.

Notas

1. A determinao do valor dopotencial de um eletrodo necessita de

um outro eletrodo de referncia, analogamente determinao de uma poso sobre a superfcie da Terra (longtude e latitude). No caso da longitudea posio de referncia a de Greenwich (na Inglaterra), qual atribudaarbitrariamente, longitude de 0. Para latitude, a posio de referncia do Equador, qual atribuda, arbitrariamente, latitude de 0.

2. Este fato mostra que, na realidade, o eletrodo de referncia de laranjno , rigorosamente, um eletrodo dreferncia no sentido estrito. Um eletrodo de referncia verdadeiro tem sepotencial invarivel.

Jos Carlos Marconato (marconat@rc.unesp.br)bacharel em Qumica e doutor em Cincias (FsicoQumica) pela Universidade Federal de So Carlo(UFSCar), docente do Instituto de Biocincias dUniversidade Estadual Paulista em Rio Claro (IBUNESP). Edrio Dino Bidia (ederio@rc.unesp.brbacharel em Qumica e doutor em Cincias (FsicoQumica) pela UFSCar, docente do IB/UNESP.

Tabela 1: Valores de potenciais de eletrodo obtidos usando um eletrodo de referncia delaranja (E*) e usando o eletrodo padro de hidrognio (E0) (Compton e Sanders, 1998).

Eletrodo E*/V (x ERL) E0/V (x EPH)

Zn2+(aq) + 2e Zn(s) -1,003 -0,763

Pb2+(aq) + 2e Pb(s) -0,414 -0,126

Cu2+(aq) + 2e Cu(s) 0,062 0,340

Figura 3: Medida do potencial do eletrodo do cobre, em soluo de nitrato de cobre 1,0 mol/L,utilizando um eletrodo de referncia no convencional: 62 mV.

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Referncias bibliogrficas

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DENARO, A.R. Fundamentos deEletroqumica. Trad. J.H. Maar. So Paulo:Edgard Blcher/Edusp, 1974. p. 59.

GENTIL, V. Corroso. 3 ed. Rio de Ja-neiro: Ao Livro Tcnico e Cientfico, 1996.

p.14.MOORE, W.J. Fsico-qumica. 4 ed.Trad. H.L. Chun, I. Jordan e M.C. Ferreroni.So Paulo: Edgard Blcher, 1976. v. 1,cap. 6 e 7.

PERUZZO, T.M. e CANTO, E.L. Qumica

Abstract:Electrode Potential: an Arbitrary and Relative Measurement In this experiment, a non-conventional reference e lectrode, an orange, was used to measure the electrode potential of some metalsimmersed in a solution of their ions, emphasizing the arbitrary and relative nature of the electrode potential values listed in the electrochemical series.Keywords:electrode potential, equilibrium potential, reference electrode, alternative chemistry teaching

na abordagem do cotidiano. So Paulo: Edi-tora Moderna, 1997. p. 283.

Para saber mais

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HIOKA, N.; MAIONCHI, F.; RUBIO, D.A

R.; GOTO, P.A. e FERREIRA, O.P. Experi-mentos sobre pilhas e a composio dossolos. Qumica Nova na Escola, n. 8, p. 36-38, 1998.

HIOKA, N.; FILHO, O.S.; MENEZES, A J.;YONEHARA, F.S.; BERGAMASKI, K. e

PEREIRA, R.V. Pilhas de Cu/Mg cons-trudas com materiais de fcil obteno.Qumica Nova na Escola, n. 11, p. 40-44,2000.

LOPES, A.R.C. Potencial de reduo eeletronegatividade, obstculo verbal. Qu-mica Nova na Escola, n. 4, p. 21-23, 1996.

TOLENTINO, M. e ROCHA-FILHO, R.C.O bicentenrio da inveno da pilha el-

trica. Qumica Nova na Escola, n. 11, p.35-39, maio, 2000.

Na internet

http://www.funsci.com/fun3_en/electro/electro.htm.

Uma nova obra para o ensino de

Cincias da Natureza

Em um contexto demudanas na edu-cao brasileira,principalmente pe-las novas propos-tas curriculares epelas diretrizes pa-ra a formao deprofessores daeducao bsica, o

livro Ensino de Cincias: fundamentos emtodos, elaborado pelos professoresDemtrio Delizoicov, Jos Andr Angottie Marta Pernambuco, recentemente lan-ado pela Editora Cortez, e que integraa coleo Docncia em Formao,constitui uma obra singular e indita. Osautores so licenciados em Fsica e dou-tores em Educao. Dedicam-se hmuitos anos a pesquisar o ensino deCincias e a formao de professores.

O livro rene e integra diversos eimportantes aspectos dos conhecimen-tos especficos da rea de ensino deCincias Naturais com o fazer peda-ggico e didtico, em sintonia com resul-tados de pesquisas da rea de Educa-o em Cincias. Destina-se, portanto,aos cursos de formao de professores,aos alunos e futuros professores deCincias e queles das reas de Qu-mica, Fsica e Biologia que atuaro noEnsino Mdio.

Os autores procuram tratar os fun-damentos e mtodos do ensino de Cin-cias, principalmente no contexto escolar.Os temas discutidos e a metodologia

adotada na elaborao da obra permi-tiro ao professor do Ensino Fundamen-

tal e ao seu docente formador, no EnsinoSuperior, usar este livro como instrumen-to pedaggico, de forma crtica e criativa.O livro aborda, de forma prazerosa eculta, temas e fenmenos do nosso coti-diano, de que geralmente a Fsica, a Qu-mica, a Biologia e a Geologia se ocu-pam e procuram explicar. Estes so tra-tados de forma didtica, interligando-sea outras questes do saber, da tecno-logia e das outras atividades humanas,determinadas scio-historicamente. Talabordagem interdisciplinar visa auxiliar

a formao dos estudantes de formaque a Cincia sirva como um contedocultural relevante para viver, compreen-der e atuar no mundo contemporneo.

A estrutura do livro permite ao leitor,ao se defrontar com a proposta de te-mas cientficos significativos, ir discutin-do com os autores os diferentes aspec-tos conceituais e implicaes prticasem situaes de ensino-aprendizagem.Organizado em seis partes, busca emcada uma delas construir, explicitar edestacar as vrias dimenses envolvi-

das na produo do conhecimentocientfico e da tecnologia e uma concep-o para o ensino de Cincias, atravsdo uso e da interpretao de situaessignificativas para os alunos. Cada parte dividida em dois captulos: o primeirobusca, atravs de um texto, dissertar eargumentar sobre pontos fundamentaisde eixos estruturantes da formao eatuao docente, problematizando-os.A nfase deste primeiro captulo de cadauma das partes a apresentao de

aspectos tericos que, ao aprofundar adiscusso das questes contempor-

neas relativas Educao em Cincias,fundamentam uma proposta de ensino.No segundo captulo de cada uma daspartes, que tem o sugestivo ttulo Instru-mentao para o ensino, so apresen-tadas atividades, articuladas ao texto,solicitando o trabalho de professores ealunos, que podem ser desenvolvidasem sala de aula e so orientadas poratividades de pesquisa. Essas so desti-nadas a subsidiar as prticas docente ediscente na apropriao e implementa-o das proposies lanadas pelos

autores e so organizadas em trs itens:Aprofundamentospara estudos, Desa-fios e Exemplares situaes tpicas quematerializam as consideraes efetua-das e com as quais docentes e licen-ciandos podem ter padres para criar epropor outras atividades de ensino eaprendizagem. Alm disso, os captulose suas partes fazem amplo uso de vn-culos (impressos e digitais).

Enfim, a obra constitui-se num ver-dadeiro programa de ensino, fundamen-tado conceitualmente e ligado ao con-

texto social e tecnolgico contempo-rneo. Sua qualidade inegvel contribui-r para que as mudanas na Educao,particularmente no ensino de Cincias,possam efetivamente se concretizar.

(Carlos Alberto Marques - UFSC)

Ensino de Cincias: fundamentos emtodos. Demtrio Delizoicov, JosAndr Angotti e Marta Maria Pernam-buco. So Paulo: Editora Cortez, 2003.366 p. ISBN 8524908580.

Resenha