Para distinguir entre células galvânicas e electrolíticas, é essencial compreender as suas diferenças fundamentais em termos de conversão de energia, espontaneidade de reação e aplicações.As células galvânicas convertem energia química em energia eléctrica através de reacções redox espontâneas, o que as torna adequadas para utilização em baterias.Em contraste, as células electrolíticas requerem uma fonte de energia externa para conduzir reacções não espontâneas, convertendo energia eléctrica em energia química.Estas células são normalmente utilizadas em processos como a galvanoplastia e a purificação de metais.As principais diferenças incluem a direção do fluxo de energia, a espontaneidade das reacções e a polaridade dos eléctrodos.
Pontos-chave explicados:
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Conversão de energia e fonte:
- Células galvânicas:Convertem a energia química em energia eléctrica.Obtêm energia a partir de reacções redox espontâneas, o que significa que não é necessária uma fonte de energia externa.Estas células são auto-sustentáveis e podem gerar eletricidade enquanto os reagentes estiverem disponíveis.
- Células electrolíticas:Convertem energia eléctrica em energia química.Requerem uma fonte de energia externa (como uma pilha ou uma fonte de alimentação AC/DC) para conduzir reacções não espontâneas.A entrada de energia externa é necessária para forçar a ocorrência da reação.
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Espontaneidade da reação:
- Células galvânicas:As reacções são espontâneas, o que significa que ocorrem naturalmente sem intervenção externa.A variação da energia livre de Gibbs (ΔG) para a reação é negativa, indicando um processo favorável.
- Células electrolíticas:As reacções não são espontâneas e requerem uma fonte de energia externa para prosseguir.A variação da energia livre de Gibbs (ΔG) é positiva, o que indica que a reação não ocorreria sem a entrada de energia externa.
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Polaridade do elétrodo:
- Células galvânicas:O ânodo tem carga negativa e o cátodo tem carga positiva.Isto acontece porque o ânodo sofre oxidação (perde electrões), enquanto o cátodo sofre redução (ganha electrões).
- Células electrolíticas:O ânodo é carregado positivamente e o cátodo é carregado negativamente.Aqui, a fonte de energia externa impulsiona a reação, fazendo com que o ânodo atraia aniões (iões com carga negativa) e o cátodo atraia catiões (iões com carga positiva).
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Aplicações:
- Células galvânicas:Utilizado principalmente em baterias e fontes de energia portáteis.Os exemplos incluem pilhas alcalinas, pilhas de iões de lítio e células de combustível.Estas células são concebidas para armazenar e libertar energia eléctrica de forma eficiente.
- Células electrolíticas:Utilizadas em processos industriais como a galvanoplastia, a purificação de metais (por exemplo, a refinação do alumínio e do cobre) e a eletrólise da água para produzir hidrogénio e oxigénio.Estas células são essenciais para processos que requerem a decomposição ou transformação de substâncias.
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Recarregabilidade:
- Células galvânicas:Alguns tipos, como as pilhas recarregáveis, podem ser recarregados invertendo a reação utilizando uma fonte de energia externa.No entanto, nem todas as células galvânicas são recarregáveis.
- Células electrolíticas:Normalmente, não são recarregáveis porque foram concebidos para decompor substâncias e não para armazenar energia.A sua função principal é facilitar as reacções químicas utilizando energia eléctrica.
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Equilíbrio e fluxo de corrente:
- Células galvânicas:Funcionam em condições de não-equilíbrio, produzindo continuamente corrente eléctrica enquanto os reagentes estiverem disponíveis.O potencial da célula diminui à medida que os reagentes são consumidos.
- Células electrolíticas:Funcionam também em condições de não-equilíbrio, mas o fluxo de corrente é conduzido pela fonte de energia externa.A reação continua enquanto a tensão externa for aplicada.
Ao compreender estas diferenças fundamentais, é possível identificar facilmente se uma determinada célula eletroquímica é galvânica ou electrolítica com base na sua fonte de energia, espontaneidade da reação, polaridade do elétrodo e aplicação pretendida.
Tabela de resumo:
| Aspeto | Células Galvânicas | Células electrolíticas |
|---|---|---|
| Conversão de energia | Energia química → Energia eléctrica | Energia eléctrica → Energia química |
| Espontaneidade da reação | Espontânea (ΔG < 0) | Não espontâneo (ΔG > 0), requer alimentação externa |
| Polaridade do elétrodo | Ânodo:Negativo, cátodo: Positivo | Ânodo:Positivo, cátodo: Negativo |
| Aplicações | Pilhas, fontes de energia portáteis (por exemplo, alcalinas, de iões de lítio) | Eletrodeposição, purificação de metais, eletrólise da água |
| Recarregabilidade | Alguns são recarregáveis (por exemplo, pilhas recarregáveis) | Normalmente não são recarregáveis |
| Equilíbrio e corrente | Funciona em não-equilíbrio, a corrente diminui à medida que os reagentes são consumidos | Funciona em não-equilíbrio, a corrente é acionada por uma fonte de energia externa |
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