blog Células electroquímicas: Geração de eletricidade e reacções de condução
Células electroquímicas: Geração de eletricidade e reacções de condução

Células electroquímicas: Geração de eletricidade e reacções de condução

há 6 meses

Introdução às células electroquímicas

As células electroquímicas estão no centro do armazenamento e da conversão de energia. Elas aproveitam as reações químicas para gerar eletricidade ou utilizam a eletricidade para conduzir reações químicas. Estas células são componentes essenciais em vários sistemas electroquímicos, incluindo baterias, células de combustível e galvanoplastia, e são vitais para os avanços nas tecnologias energéticas, veículos eléctricos e engenharia eletroquímica.

Tipos de células electroquímicas

As células electroquímicas são dispositivos que convertem energia química em energia eléctrica (células voltaicas) ou vice-versa (células electrolíticas). São constituídas por dois eléctrodos, um cátodo e um ânodo, imersos numa solução electrolítica.

Células Voltaicas

Também conhecidas como células galvânicas, as células voltaicas geram eletricidade a partir de reacções químicas espontâneas. Numa célula voltaica, o ânodo é o elétrodo negativo onde ocorre a oxidação, libertando electrões. Estes electrões fluem através de um circuito externo para o cátodo, o elétrodo positivo, onde ocorre a redução. A natureza espontânea da reação impulsiona o fluxo de electrões e gera uma corrente eléctrica.

Células electrolíticas

As células electrolíticas, por outro lado, utilizam a eletricidade para conduzir reacções químicas não espontâneas. Numa célula electrolítica, o cátodo é o elétrodo negativo onde ocorre a redução, e o ânodo é o elétrodo positivo onde ocorre a oxidação. Uma fonte de energia externa fornece a energia eléctrica necessária para forçar a reação não espontânea a prosseguir.

Principais diferenças

As principais diferenças entre as células voltaicas e electrolíticas são

  • Espontaneidade: As células voltaicas geram eletricidade a partir de reacções espontâneas, enquanto que as células electrolíticas necessitam de energia externa para conduzir reacções não espontâneas.
  • Direção do fluxo de electrões: Nas células voltaicas, os electrões fluem do ânodo para o cátodo através do circuito externo. Nas células electrolíticas, os electrões fluem do cátodo para o ânodo através do circuito externo.
  • Aplicações: As células voltaicas são utilizadas em baterias, células solares e outros dispositivos que geram eletricidade. As células electrolíticas são utilizadas em galvanoplastia, refinação de metais e outros processos industriais.

Componentes das células electroquímicas

As células electroquímicas são normalmente constituídas pelos seguintes componentes:

  • Eléctrodos: O cátodo e o ânodo, feitos de materiais condutores (por exemplo, metais, grafite).
  • Eletrólito: Uma solução ou sal fundido que conduz iões, permitindo o fluxo de corrente entre os eléctrodos.
  • Separador: Uma barreira porosa que impede que os eléctrodos se toquem diretamente, mas que permite a passagem de iões.

Informações adicionais

  • O potencial celular, ou tensão, de uma célula eletroquímica é uma medida da força motriz da reação. Nas células voltaicas, o potencial da célula é positivo, indicando uma reação espontânea. Nas células electrolíticas, o potencial da célula é negativo, indicando uma reação não espontânea.
  • A eficiência de uma célula eletroquímica é determinada por factores como os materiais do elétrodo, a concentração do eletrólito e a temperatura.
  • As células electroquímicas desempenham um papel crucial em várias aplicações tecnológicas, incluindo o armazenamento de energia, a síntese química e a remediação ambiental.

célula eletroquímica

Componentes das células electrolíticas

As células electrolíticas, um tipo de célula eletroquímica, são dispositivos que utilizam a energia eléctrica para conduzir reacções químicas não espontâneas. São constituídas por três componentes principais: o ânodo, o cátodo e o eletrólito.

Ânodo

O ânodo serve como elétrodo negativo numa célula electrolítica. Durante a reação eletroquímica, o ânodo liberta electrões para o circuito externo e sofre oxidação. Por outras palavras, é no ânodo que ocorre a perda de electrões e a oxidação.

Cátodo

O cátodo, por outro lado, actua como elétrodo positivo. Adquire electrões do circuito externo e é reduzido durante a reação eletroquímica. Assim, é no cátodo que ocorre o ganho de electrões e a redução.

Eletrólito

O eletrólito é uma substância que contém iões móveis quando dissolvida num solvente ou fundida. Nas células electrolíticas, o eletrólito fornece um meio para o fluxo de iões entre o ânodo e o cátodo, completando o circuito elétrico. Os electrólitos comuns incluem soluções aquosas de sais e sais fundidos.

Principais diferenças em relação às células galvânicas

As células electrolíticas diferem das células galvânicas em vários aspectos fundamentais:

  • Reacções celulares: As células electrolíticas requerem uma fonte externa de energia eléctrica para conduzir reacções não espontâneas, enquanto que as células galvânicas geram energia eléctrica a partir de reacções espontâneas.
  • Fluxo de energia: As células electrolíticas consomem energia eléctrica para promover reacções não espontâneas, enquanto que as células galvânicas convertem energia química em energia eléctrica.
  • Cargas dos eléctrodos: Nas células electrolíticas, o ânodo é negativo e o cátodo é positivo, enquanto que nas células galvânicas, o ânodo é positivo e o cátodo é negativo.

Funcionamento de uma célula electrolítica

O funcionamento de uma célula electrolítica envolve os seguintes passos:

  1. Uma fonte de energia externa (por exemplo, uma bateria) é ligada aos eléctrodos da célula electrolítica.
  2. A fonte de energia fornece energia eléctrica, que impulsiona a reação não espontânea.
  3. No ânodo, ocorre a oxidação, libertando electrões para o circuito externo.
  4. Os electrões fluem através do circuito externo para o cátodo.
  5. No cátodo, ocorre a redução, consumindo os electrões do circuito externo.
  6. Os iões do eletrólito migram para manter a neutralidade eléctrica, completando o circuito.

Aplicações das células electrolíticas

As células electrolíticas têm inúmeras aplicações práticas, incluindo:

  • Galvanoplastia: Deposição de uma fina camada de metal numa superfície para fins decorativos ou de proteção.
  • Eletrólise da água: Produção de hidrogénio e oxigénio a partir da água, que é utilizada em células de combustível e outras aplicações.
  • Produção de produtos químicos: Síntese de vários produtos químicos, como cloro, hidróxido de sódio e alumínio.
  • Refinação de metais: Purificação de metais através da remoção de impurezas por eletrólise.

Eletrolisador

Potenciais de elétrodo e reacções redox

As células electroquímicas facilitam as reacções de oxidação-redução (redox). Estas células existem em duas formas: células galvânicas (voltaicas), onde ocorrem reacções espontâneas, e células electrolíticas, onde ocorrem reacções não espontâneas.

Nas células electroquímicas, a reação de oxidação ocorre no ânodo (terminal negativo), enquanto a reação de redução ocorre no cátodo (terminal positivo). Nas células electrolíticas, o ânodo atrai aniões, tornando-o positivo, enquanto nas células galvânicas, o ânodo é negativo devido à libertação de electrões da reação de oxidação espontânea.

A direção do fluxo de electrões e a espontaneidade das reacções redox são determinadas pelo potencial do elétrodo, que é a diferença de potencial entre os eléctrodos. O elétrodo de hidrogénio padrão (SHE) serve como ponto de referência, com uma tensão de 0 volts.

O potencial da célula, que pode ser previsto utilizando os potenciais dos eléctrodos, fornece uma estimativa do potencial medido. Para calcular o potencial da célula, as equações da reação de meia célula devem ser equilibradas e a diferença de tensão entre os potenciais dos eléctrodos deve ser determinada.

O cátodo e o ânodo desempenham papéis distintos nas células electroquímicas:

Cátodo:

  • Sinal positivo devido ao consumo de electrões
  • Ocorre uma reação de redução
  • Os electrões entram

Ânodo:

  • Sinal negativo devido à libertação de electrões
  • Ocorre a reação de oxidação
  • Os electrões saem

Por convenção, o cátodo é representado do lado direito, enquanto o ânodo está do lado esquerdo quando se trata de uma célula eletroquímica.

Reacções redox

Aplicações das células electroquímicas

As células electroquímicas têm uma vasta gama de aplicações em vários campos, incluindo armazenamento de energia, conversão e processos industriais.

Galvanoplastia

A galvanoplastia é um processo que utiliza células electroquímicas para aplicar uma fina camada de metal à superfície de outro metal. Este processo melhora as propriedades do metal de base, como a resistência à corrosão, à abrasão e ao desgaste. A galvanoplastia é amplamente utilizada nas indústrias, incluindo a automóvel, a eletrónica e a joalharia, tanto para fins funcionais como estéticos.

Baterias

As células electroquímicas formam a base das pilhas, que são componentes essenciais em numerosos dispositivos e aparelhos electrónicos. As pilhas armazenam energia química e convertem-na em energia eléctrica quando necessário. São vitais para alimentar dispositivos portáteis, como smartphones, computadores portáteis e veículos eléctricos.

Electrolavagem e electrorefinação

As células electroquímicas são utilizadas em processos de electrolavagem e electrorefinação para produzir e purificar metais. A electrolavagem envolve a extração de metais de minérios ou de outras fontes utilizando a eletrólise, enquanto a electrorefinação purifica ainda mais os metais através da remoção de impurezas. Estes processos são cruciais para a obtenção de metais de elevada pureza, como o cobre, o zinco e o alumínio, que são essenciais para várias aplicações industriais.

Outras aplicações

As células electroquímicas também encontram aplicações em várias outras áreas:

  • Tratamento de água: São utilizadas na eletrólise da água para produzir gás hidrogénio e gás oxigénio, que são vitais para as células de combustível e outros processos industriais.
  • Células de combustível: As células electroquímicas são os componentes principais das células de combustível, que geram eletricidade através de reacções electroquímicas envolvendo hidrogénio e oxigénio.
  • Síntese química: As células electroquímicas podem ser utilizadas em processos de síntese química para produzir vários produtos químicos e materiais.
  • Sensores e biossensores: As células electroquímicas são utilizadas em sensores e biossensores para detetar e analisar substâncias específicas com base nas suas propriedades electroquímicas.

revestimento

Conclusão

Células electroquímicascom a sua capacidade de converter energia química em energia eléctrica e vice-versa, são ferramentas indispensáveis em vários domínios. Servem de base para o armazenamento e conversão de energia e para numerosos processos industriais. Desde as baterias que alimentam os nossos dispositivos até às células de combustível que geram energia limpa, as células electroquímicas continuam a moldar os avanços tecnológicos. Compreender os seus princípios e aplicações é fundamental para futuras inovações em tecnologias energéticas, soluções sustentáveis e engenharia eletroquímica.

CONTACTE-NOS PARA UMA CONSULTA GRATUITA

Os produtos e serviços da KINTEK LAB SOLUTION foram reconhecidos por clientes de todo o mundo. A nossa equipa terá todo o prazer em ajudar com qualquer questão que possa ter. Contacte-nos para uma consulta gratuita e fale com um especialista de produto para encontrar a solução mais adequada para as suas necessidades de aplicação!

Produtos relacionados

Célula electrolítica de tipo H - Tipo H / tripla

Célula electrolítica de tipo H - Tipo H / tripla

Experimente o desempenho eletroquímico versátil com a nossa célula electrolítica de tipo H. Escolha entre selagem com membrana ou sem membrana, 2-3 configurações híbridas. Saiba mais agora.

célula de eletrólise por difusão de gás célula de reação de fluxo líquido

célula de eletrólise por difusão de gás célula de reação de fluxo líquido

Procura uma célula de eletrólise de difusão de gás de alta qualidade? A nossa célula de reação de fluxo líquido apresenta uma excecional resistência à corrosão e especificações completas, com opções personalizáveis disponíveis para satisfazer as suas necessidades. Contacte-nos hoje mesmo!

Pilha de células de combustível de hidrogénio

Pilha de células de combustível de hidrogénio

Uma pilha de células de combustível é uma forma modular e altamente eficiente de gerar eletricidade utilizando hidrogénio e oxigénio através de um processo eletroquímico. Pode ser utilizada em várias aplicações fixas e móveis como uma fonte de energia limpa e renovável.

Avaliação do revestimento da célula electrolítica

Avaliação do revestimento da célula electrolítica

Procura células electrolíticas de avaliação de revestimento resistente à corrosão para experiências electroquímicas? As nossas células possuem especificações completas, boa vedação, materiais de alta qualidade, segurança e durabilidade. Além disso, são facilmente personalizáveis para satisfazer as suas necessidades.

Célula electrolítica ótica de janela lateral

Célula electrolítica ótica de janela lateral

Experimente experiências electroquímicas fiáveis e eficientes com uma célula electrolítica ótica de janela lateral. Com resistência à corrosão e especificações completas, esta célula é personalizável e construída para durar.

Célula electrolítica de quartzo

Célula electrolítica de quartzo

Procura uma célula eletroquímica de quartzo fiável? O nosso produto possui uma excelente resistência à corrosão e especificações completas. Com materiais de alta qualidade e boa vedação, é seguro e durável. Personalize para satisfazer as suas necessidades.

Célula electrolítica de corrosão plana

Célula electrolítica de corrosão plana

Descubra a nossa célula electrolítica de corrosão plana para experiências electroquímicas. Com uma resistência excecional à corrosão e especificações completas, a nossa célula garante um desempenho ótimo. Os nossos materiais de alta qualidade e a boa vedação garantem um produto seguro e duradouro, e estão disponíveis opções de personalização.

Elétrodo de folha de platina

Elétrodo de folha de platina

Melhore as suas experiências com o nosso elétrodo de folha de platina. Fabricados com materiais de qualidade, os nossos modelos seguros e duradouros podem ser adaptados às suas necessidades.

Banho de água de célula electrolítica multifuncional de camada simples / camada dupla

Banho de água de célula electrolítica multifuncional de camada simples / camada dupla

Descubra os nossos banhos de água de célula electrolítica multifuncional de alta qualidade. Escolha entre opções de camada simples ou dupla com resistência superior à corrosão. Disponível em tamanhos de 30 ml a 1000 ml.

Célula de eletrólise espetral de camada fina

Célula de eletrólise espetral de camada fina

Descubra as vantagens da nossa célula de eletrólise espetral de camada fina. Resistente à corrosão, especificações completas e personalizável para as suas necessidades.

Elétrodo de folha de ouro

Elétrodo de folha de ouro

Descubra eléctrodos em folha de ouro de alta qualidade para experiências electroquímicas seguras e duradouras. Escolha entre modelos completos ou personalize-os para satisfazer as suas necessidades específicas.

Cadinho de grafite para evaporação por feixe de electrões

Cadinho de grafite para evaporação por feixe de electrões

Uma tecnologia utilizada principalmente no domínio da eletrónica de potência. É uma película de grafite feita de material de origem de carbono por deposição de material utilizando a tecnologia de feixe de electrões.

Separadores de níquel-alumínio para baterias de lítio de embalagem flexível

Separadores de níquel-alumínio para baterias de lítio de embalagem flexível

Os separadores de níquel são utilizados para fabricar baterias cilíndricas e de bolsas, e o alumínio positivo e o níquel negativo são utilizados para produzir baterias de iões de lítio e de níquel.

Cadinho de feixe de electrões

Cadinho de feixe de electrões

No contexto da evaporação por feixe de canhão de electrões, um cadinho é um recipiente ou suporte de fonte utilizado para conter e evaporar o material a depositar num substrato.

Chapas metálicas de elevada pureza - Ouro / Platina / cobre / ferro, etc...

Chapas metálicas de elevada pureza - Ouro / Platina / cobre / ferro, etc...

Melhore as suas experiências com as nossas chapas metálicas de elevada pureza. Ouro, platina, cobre, ferro e muito mais. Perfeito para eletroquímica e outros campos.

célula electrolítica com cinco portas

célula electrolítica com cinco portas

Simplifique os seus consumíveis de laboratório com a Célula Electrolítica da Kintek com design de cinco portas. Escolha entre opções seladas e não seladas com eléctrodos personalizáveis. Encomendar agora.

Cadinho de evaporação de grafite

Cadinho de evaporação de grafite

Recipientes para aplicações a alta temperatura, em que os materiais são mantidos a temperaturas extremamente elevadas para evaporar, permitindo a deposição de películas finas em substratos.

Folha de platina Elétrodo de platina

Folha de platina Elétrodo de platina

A folha de platina é composta por platina, que é também um dos metais refractários. É macia e pode ser forjada, laminada e estirada em varão, fio, placa, tubo e fio.

Elétrodo auxiliar de platina

Elétrodo auxiliar de platina

Optimize as suas experiências electroquímicas com o nosso Elétrodo Auxiliar de Platina. Os nossos modelos personalizáveis e de alta qualidade são seguros e duradouros. Actualize hoje mesmo!

Folha de zinco de alta pureza

Folha de zinco de alta pureza

Há muito poucas impurezas nocivas na composição química da folha de zinco e a superfície do produto é direita e lisa; tem boas propriedades globais, processabilidade, coloração por galvanoplastia, resistência à oxidação e resistência à corrosão, etc.


Deixe sua mensagem