Química - Condutividade, eletrólitos e eletrólise

Condutividade, eletrólitos e eletrólise

Objetivos

1) Compreender como pode haver condução de corrente elétrica em soluções aquosas

2) Compreender como se pode provar que a água é feita de oxigênio e hidrogênio; e como a separação desses elementos exige energia.

3) Entender (ou relembrar) algumas noções de eletroquímica, antes de trabalhar com o tema aqui proposto ou com o artigo Eletrólitos - Soluções que permitem a passagem de corrente elétrica.

4) Perceber, de um ponto de vista histórico, como a invenção da pilha elétrica permitiu o avanço na separação de elementos químicos.

Ponto de partida

Os alunos devem estar familiarizados com a idéia de estrutura atômica (átomos, elétrons, íons). O nível em que a demonstração será trabalhada depende da turma - alunos de 1^o ano podem compreender perfeitamente os fenômenos, mas não é comum se falar em potencial de oxidação ou redução. Alunos de 2^o ano, por já terem visto mais físico-química, podem ter um maior reforço na teoria.

Para esta aula, é necessária uma fonte de corrente contínua de pelo menos 3V - podem ser duas pilhas de 1,5V em série, ou uma pilha de 9 ou 12 V, ou, ainda, uma fonte de algum aparelho eletrônico. É possível também usar a tensão da rede elétrica, usando um diodo e uma lâmpada como resistência e como indicador de corrente. Mas só monte esse sistema se tiver prática com eletricidade, pois podem ocorrer choques perigosos. Para auxiliar nas montagens, fale com um colega de Física - é possível que ele se interesse por explicar os circuitos no seu espaço de aula.

Uma possível montagem:
 

V1 é a pilha ou fonte, R1 é uma resistência e Led1 pode ser um led ou uma lâmpada. Os dois terminais que "sobram" no esquema devem ser usados para testar a condutividade de materiais ou soluções.

Algumas possibilidades:

Essa mesma montagem poderá ser usada mais à frente, para a aula de Eletrólise e eletrodeposição.

Estratégias

1) Comente com os alunos que o primeiro gerador de eletricidade capaz de funcionamento contínuo foi a Pilha de Volta (desenvolvida, em torno de 1800, por Alessandro Volta, físico italiano). Antes dessa pilha, a única eletricidade disponível era a estática.

2) Comente que a corrente elétrica é um movimento ordenado de cargas elétricas, e que pilhas (e outros geradores) são capazes de induzir a formação de uma corrente elétrica em um circuito - por exemplo, através de condutores e de uma lâmpada.

3) Teste com os alunos vários materiais (metais, madeira, grafite), para que eles verifiquem em que casos há condução de corrente elétrica.

4) Peça aos alunos que expliquem como se dá a condução de corrente elétrica em metais e no grafite, por exemplo. Isso pode ser feito através de um desenho.

5) Peça aos alunos, agora, que expliquem porque alguns materiais não conduzem corrente. O que eles têm de diferente (ou o que não têm, em relação aos metais)? Essa é uma boa oportunidade para introduzir ou relembrar o conceito de ligação metálica.

6) Finalmente, comente que em soluções aquosas não há elétrons livres. Portanto, soluções aquosas conduzem corrente? Teste com os alunos: a) água pura; b) água com uma pequena quantidade de álcool; e c) água com adição de uma pequena quantidade de hidróxido, carbonato ou bicarbonato de sódio. Eles verificarão que a água pura ou com álcool realmente não conduz corrente, mas que a água com o composto iônico conduz. Cabe aos alunos imaginar por quê.

7) Explique aos alunos que compostos iônicos dissociam-se em água, e os íons livres possuem mobilidade suficiente para fazer o papel que os elétrons fazem nos metais. Isso pode ser difícil de entender. Por esse motivo, os experimentos devem ser repetidos, para que a evidência "convença" os alunos. Cátions devem ir para o terminal negativo - e ânions para o positivo.

8) Complete a aula trabalhando com o texto ou com exercícios adequados do livro/apostila adotado. Lembre aos alunos que eletrólitos (compostos que formam soluções com íons) não são apenas os compostos iônicos, mas também os covalentes capazes de ionização, como os ácidos.

9) Para finalizar, use os últimos 10 minutos de aula para perguntar: O que acontece quando os íons chegam ao terminal + ou ao terminal -? Essa é uma excelente pergunta, que deve ser retomada em detalhes em uma aula futura. Agora, basta comentar que ocorre eletrólise - deixe os terminais mergulhados por algum tempo no líquido, de forma que se possa observar as bolhas de O₂ e H₂ em cada terminal. Essa técnica usada para decompor substâncias não pôde ser usada antes da Pilha de Volta; depois de 1800, vários elementos foram preparados usando eletrólise.

Sugestões

O sistema usado nesta aula pode ser montado com facilidade usando sucata "tecnológica": pilhas ou fontes, microlâmpadas, etc. É uma boa tarefa para casa.

Usar eletricidade da tomada (110V) não é perigoso se os fios e contatos forem isolados; a corrente que passa utilizando uma lâmpada é de uns 100mA, porque essa lâmpada limita a corrente. No entanto, não use uma lâmpada mais potente e tome cuidado para não tocar nos terminais que saem da tomada. A vantagem de usar esse sistema é que, com a corrente mais alta, a formação de gás é mais evidente.

Se a escola dispuser de um bom laboratório, é possível tentar fundir um composto iônico em um cadinho de porcelana, e testar a condutividade do composto iônico antes e durante a fusão. No entanto, as altas temperaturas necessárias (para NaOH são de 318^oC) fazem com que essa prática deva ser demonstrativa, e com equipamento de segurança.