Pós-graduação
  1. Química Física  1.1. Termodinâmica  1.1.1. Leis da Termodinâmica  1.1.2. Entalpia e capacidade térmica  1.1.3. Entropia e energia livre  1.1.4. Equilíbrio de Fases  1.1.5. Termodinâmica estatística  1.1.6. Ciclo termodinâmico  1.1.7. Fugacidade e atividade  1.2. Química Quântica  1.2.1. Princípios da mecânica quântica  1.2.2. Equação de Schrödinger  1.2.3. Partícula em uma caixa  1.2.4. Operadores e autovalores  1.2.5. Orbitais atômicos  1.2.6. Teoria do orbital molecular  1.2.7. Teoria de Perturbação  1.2.8. Teoria de ligação de valência  1.2.9. Hibridização e ligação química  1.3. Cinética química  1.3.1. Leis de velocidade e mecanismos de reação  1.3.2. Teoria das colisões  1.3.3. Teoria do estado de transição  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reações em Cadeia e Polimerização  1.3.6. Reações fotoquímicas  1.4. Mecânica estatística  1.4.1. Funções de Partição  1.4.2. Funções de distribuição molecular  1.4.3. Distribuição de Boltzmann  1.4.4. Estatísticas de Bose–Einstein e Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopia  1.5.1. Rotational Spectroscopy  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopia Eletrônica  1.5.4. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  1.5.5. Espectrometria de Massa  1.5.6. Espectroscopia Raman  1.5.7. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  1.6. Química de superfícies e coloidal  1.6.1. Isoterma de absorção  1.6.2. Tensão Superficial e Molhabilidade  1.6.3. Estabilidade Coloidal  1.6.4. Catalysis  1.6.5. Emulsões e micelas  1.7. Eletroquímica  1.7.1. Equação de Nernst  1.7.2. Células eletroquímicas  1.7.3. Condutividade e mobilidade  1.7.4. Guerra  1.7.5. Células de combustível  1.7.6. Eletrólise
  2. Química orgânica  2.1. Mecanismo de Reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de rearranjo  2.1.5. Reações radicais  2.1.6. Reações pericíclicas  2.2. Espectroscopia e determinação estrutural  2.2.1. Espectroscopia UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopia de RMN  2.2.4. Espectrometria de Massas  2.2.5. Cristalografia de Raios X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidade e atividade óptica  2.3.2. Análise estrutural  2.3.3. Isomerismo geométrico  2.3.4. Dynamic Stereochemistry  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reagentes organolítio e organomagnésio  2.4.2. Reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio  2.4.3. Complexos de Metais de Transição  2.4.4. Ligação metal-carbono  2.5. Química dos polímeros  2.5.1. Mecanismo de Polimerização  2.5.2. Características dos Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradável  2.5.4. Polímero condutor  2.5.5. Polímeros Supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Design e desenvolvimento de medicamentos  2.6.2. Farmacocinética e farmacodinâmica  2.6.3. Relações estrutura-atividade  2.6.4. Acoplamento Molecular e Triagem de Medicamentos
  3. Química inorgânica  3.1. Química de coordenação  3.1.1. Teoria do Campo Cristalino  3.1.2. Teoria do campo dos ligantes  3.1.3. Série Espectroquímica  3.1.4. Quelação e estabilidade  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalise por complexos organometálicos  3.2.3. Metalocènicos  3.3. Química bioinorgânica  3.3.1. Metaloproteínas e enzimas  3.3.2. O papel dos metais em sistemas biológicos  3.3.3. Transporte e armazenamento de íons metálicos  3.4. Química do estado sólido  3.4.1. Estruturas Cristalinas  3.4.2. Teoria de bandas dos sólidos  3.4.3. Supercondutores  3.4.4. Defeitos no cristal  3.5. Lantanídeos e Actinídeos  3.5.1. Configuração eletrônica em lantanídeos e actinídeos  3.5.2. Química de coordenação dos lantanídeos  3.5.3. Propriedades Magnéticas dos Lantanídeos
  4. Química Analítica  4.1. Cromatografia  4.1.1. Cromatografia Gasosa  4.1.2. Cromatografia Líquida de Alta Performance  4.1.3. Cromatografia em Camada Delgada  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.2.2. Difração de raios X  4.2.3. Espectroscopia de plasma acoplado indutivamente  4.3. Métodos Eletroanalíticos  4.3.1. Potenciometria  4.3.2. Voltametria  4.3.3. Colometria  4.4. Espectrometria de Massa  4.4.1. Técnica de Ionização  4.4.2. Padrão de Fragmentação  4.5. Quimiometria  4.5.1. Análise multidisciplinar  4.5.2. Aprendizado de Máquina em Química
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.1.1. Campos de força e minimização de energia  5.1.2. Simulação de Monte Carlo em simulações de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.2.1. Teoria de Hartree–Fock  5.2.2. Teoria do funcional da densidade  5.2.3. Métodos semi-empíricos  5.3. Design computacional de medicamentos  5.3.1. Acoplamento Molecular  5.3.2. Modelagem QSAR  5.3.3. Triagem Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Cinética Enzimática  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inibição  6.2. Metabolismo e Bioenergética  6.2.1. Glicólise  6.2.2. Ciclo do ácido cítrico  6.2.3. Cadeia de transporte de elétrons  6.3. Biologia Molecular  6.3.1. Replicação e reparo do DNA  6.3.2. Síntese de proteínas  6.3.3. Regulação Genética  6.4. Bioquímica Estrutural  6.4.1. Dobramento de Proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efeito estufa  7.1.2. Destruição da Camada de Ozônio  7.1.3. Poluentes do ar e fumaça  7.2. Química da Água  7.2.1. pH e dureza da água  7.2.2. Tratamento de águas residuais  7.2.3. Química Aquática  7.3. Química do Solo  7.3.1. Contaminação por metais pesados  7.3.2. pH do Solo e Capacidade Tamponante  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicologia e Segurança Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Avaliação de Risco em Toxicologia e Segurança Química em Química Ambiental  7.4.3. Efeitos dos poluentes no ambiente

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Células eletroquímicas


As células eletroquímicas são dispositivos fundamentais no campo da eletroquímica, permitindo que a energia química seja convertida em energia elétrica e vice-versa. Essas células são essenciais para muitas aplicações em nosso cotidiano, incluindo baterias, células a combustível e uma variedade de sensores. Esta descrição detalhada irá explorar profundamente o funcionamento interno de uma célula eletroquímica, seus tipos, componentes e aplicações, fornecendo exemplos textuais e visuais para auxiliar no entendimento.

Conceitos básicos

Reações químicas

Antes de aprender sobre células eletroquímicas, é importante entender as reações químicas que as fazem funcionar. Reações de oxidação-redução (redox) ocorrem em qualquer célula eletroquímica. Estas envolvem a transferência de elétrons de uma espécie química para outra.

Oxidação e redução

Oxidação é o processo em que uma substância perde elétrons. Redução, por outro lado, é o ganho de elétrons. A substância que perde elétrons é chamada de oxidada, enquanto a que ganha elétrons é chamada de reduzida. A espécie que doa elétrons é conhecida como agente redutor, e a que aceita elétrons é chamada de agente oxidante.

Reações redox

Em uma célula eletroquímica, essas reações redox são divididas em duas semi-reações que ocorrem em regiões separadas da célula, fazendo com que os elétrons fluam através de um circuito externo, produzindo eletricidade.

Componentes de uma célula eletroquímica

Agora que entendemos que tipo de reações ocorrem, vamos nos aprofundar na composição estrutural de uma célula eletroquímica. Uma célula eletroquímica possui dois componentes principais: o ânodo e o cátodo.

Ânodo

O ânodo é o eletrodo onde ocorre a oxidação. Os elétrons são liberados da espécie química no ânodo, e esses elétrons liberados viajam por um circuito externo para o cátodo.

Reação: Oxidação no ânodo
,
Zn (s) rightarrow Zn^{2+} (aq) + 2e^{-}
,

Cátodo

O cátodo é o local onde ocorre a redução. Os elétrons vindos do circuito externo são aceitos pela espécie química presente no cátodo.

Reação: Redução no cátodo
,
Cu^{2+} (aq) + 2e^{-} rightarrow Cu (s)
,

Nota: A notação padrão abreviada para uma célula eletroquímica é Zn|Zn^{2+}||Cu^{2+}|Cu, onde linhas simples representam limites de fase e a linha dupla representa uma ponte salina ou junção entre as duas semi-células.

Ponte salina

A ponte salina é um componente crucial em uma célula eletroquímica. Ela serve para completar o circuito elétrico e permitir o fluxo de íons, impedindo que as soluções nas duas semi-células se misturem, ao mesmo tempo que mantém a neutralidade elétrica permitindo o movimento iônico.

Tipos de células eletroquímicas

Células galvânicas (voltaicas)

Uma célula galvânica, também conhecida como célula voltaica, é uma célula que converte energia química em energia elétrica por meio de reações redox espontâneas. É um tipo de célula usada em baterias que fornece eletricidade para muitas aplicações.

Exemplo: Célula de Daniel

Um exemplo clássico de uma célula galvânica é a célula de Daniell.

Ânodo (Zn) Cátodo (Cu) ponte salina Reações dos eletrodos: Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻ Cu²⁺ (aq) + 2e⁻ → Cu (s)

Na célula de Daniel:

  • O ânodo é feito de metal de zinco, que oxida e libera elétrons no circuito externo.
  • O cátodo é feito de cobre, e os íons de cobre presentes na solução capturam esses elétrons e são reduzidos.
  • Íons de zinco entram na solução, e o cobre é depositado no eletrodo de cobre.

Célula eletrolítica

Células eletrolíticas usam energia elétrica para conduzir reações químicas não espontâneas. Essas células são importantes em processos como a eletrólise, onde compostos são decompostos nas suas partes básicas através da passagem de uma corrente elétrica.

Exemplo: Eletrólise da água

Em uma célula eletrolítica, como uma usada para eletrólise da água:

Cátodo (-) Ânodo (+) Solução H₂O

Na eletrólise da água:

  • O cátodo recebe elétrons da fonte elétrica, causando a redução da água para formar gás hidrogênio e íons hidróxido.
  • O ânodo aceita elétrons da água e a oxida, produzindo gás oxigênio e íons hidrogênio.
Reações:
,
text{Cátodo: } 2H_2O + 2e^- rightarrow H_2 + 2OH^-
,
,
text{Ânodo: } 2H_2O rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-
,

Aplicações de células eletroquímicas

Baterias

Baterias são uma aplicação essencial de células eletroquímicas. Elas alimentam inúmeros dispositivos em nossas vidas diárias, desde pequenos gadgets como smartphones até aplicações maiores, como veículos elétricos.

Células a combustível

Células a combustível são outro tipo de célula eletroquímica, que produzem eletricidade misturando hidrogênio e oxigênio sem combustão. Elas são elogiadas por sua eficiência e subproduto ambientalmente amigável: água.

Prevenção de corrosão

Células eletroquímicas também podem ser usadas para proteger metais contra corrosão, que é uma reação redox natural em que os metais se deterioram quando expostos ao ambiente. Técnicas como proteção catódica usam princípios eletroquímicos para prevenir isso.

Este olhar abrangente sobre a natureza, função e aplicações de células eletroquímicas destaca sua prevalência e importância em campos científicos e práticos, e incorpora a conversão contínua entre energias química e elétrica que alimenta grande parte do mundo moderno.


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Células eletroquímicas

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