Quais são as principais diferenças entre as células galvânicas e electrolíticas?

As células galvânicas e as células electrolíticas são ambos tipos de células electroquímicas, mas diferem fundamentalmente no seu funcionamento, finalidade e processos de conversão de energia.Uma célula galvânica converte energia química em energia eléctrica através de uma reação redox espontânea, enquanto que uma célula electrolítica utiliza energia eléctrica para impulsionar uma reação química não espontânea, convertendo energia eléctrica em energia química.As principais distinções residem na espontaneidade das reacções, na direção do fluxo de electrões, no papel das fontes de energia externas e nas suas aplicações práticas.As células galvânicas são normalmente utilizadas em baterias, enquanto as células electrolíticas são utilizadas em processos como a galvanoplastia e a eletrólise.

Pontos-chave explicados:

1. Processo de Conversão de Energia:

   • Célula galvânica:Converte energia química em energia eléctrica.A reação redox é espontânea, o que significa que ocorre naturalmente sem intervenção externa.Esta espontaneidade deve-se à energia livre de Gibbs negativa (ΔG) da reação.
   • Célula electrolítica:Converte energia eléctrica em energia química.A reação redox não é espontânea e requer uma fonte de energia externa para prosseguir.Isto resulta numa energia livre de Gibbs (ΔG) positiva para a reação.

2. Espontaneidade das reacções:

   • Célula galvânica:As reacções são espontâneas, o que significa que ocorrem sem qualquer entrada de energia externa.A célula gera energia eléctrica como resultado da reação redox.
   • Célula electrolítica:As reacções não são espontâneas e requerem uma tensão externa para a sua condução.A fonte de energia externa fornece a energia necessária para forçar a reação a ocorrer.

3. Direção do fluxo de electrões:

   • Célula galvânica:Os electrões fluem do ânodo (onde ocorre a oxidação) para o cátodo (onde ocorre a redução) através de um circuito externo.Este fluxo de electrões constitui a corrente eléctrica gerada pela célula.
   • Célula electrolítica:Os electrões são forçados a fluir na direção oposta pela fonte de energia externa.O ânodo torna-se o local de oxidação e o cátodo torna-se o local de redução, mas a direção do fluxo de electrões é invertida em comparação com uma célula galvânica.

4. Papel da fonte de energia externa:

   • Célula galvânica:Não é necessária qualquer fonte de energia externa.A própria célula é a fonte de energia eléctrica, gerada pela reação química espontânea.
   • Célula electrolítica:Requer uma fonte de energia externa para fornecer a energia eléctrica necessária para conduzir a reação química não espontânea.

5. Aplicações práticas:

   • Célula galvânica:Normalmente utilizado em pilhas e células de combustível.Exemplos incluem a célula de Daniell e as pilhas alcalinas comuns utilizadas em aparelhos do quotidiano.
   • Célula electrolítica:Utilizado em processos como a galvanoplastia, a eletrólise da água para produzir hidrogénio e oxigénio e a refinação de metais como o alumínio.

6. Recarregabilidade:

   • Célula galvânica:Algumas células galvânicas, como as pilhas recarregáveis, podem ser recarregadas através da aplicação de uma tensão externa para inverter as reacções químicas.
   • Célula electrolítica:Normalmente não são recarregáveis.São concebidos para utilizar a energia eléctrica para desencadear reacções químicas, sendo os produtos destas reacções frequentemente recolhidos ou utilizados em processos posteriores.

7. Convenção de nomenclatura dos eléctrodos:

   • Célula galvânica:O ânodo é o elétrodo onde ocorre a oxidação e o cátodo é onde ocorre a redução.Os electrões fluem do ânodo para o cátodo.
   • Célula electrolítica:O ânodo continua a ser o local de oxidação e o cátodo é o local de redução, mas a direção do fluxo de electrões é invertida devido à fonte de energia externa.

8. Função do eletrólito:

   • Célula galvânica:O eletrólito facilita o movimento de iões entre os eléctrodos para manter o equilíbrio de carga à medida que os electrões fluem através do circuito externo.
   • Célula electrolítica:O eletrólito também facilita o movimento dos iões, mas o seu papel principal é o de apoiar a reação não espontânea impulsionada pela fonte de energia externa.

Em resumo, embora tanto as células galvânicas como as electrolíticas envolvam reacções redox e o movimento de electrões e iões, têm finalidades diferentes e funcionam em condições diferentes.As células galvânicas são fontes de energia que geram eletricidade a partir de reacções espontâneas, ao passo que as células electrolíticas consomem eletricidade para impulsionar reacções não espontâneas, frequentemente para fins industriais ou de processamento químico.

Tabela de resumo:

Aspeto	Célula Galvânica	Célula electrolítica
Conversão de energia	Converte energia química em energia eléctrica (reação espontânea).	Converte energia eléctrica em energia química (reação não espontânea).
Espontaneidade	As reacções são espontâneas (ΔG < 0).	As reacções são não espontâneas (ΔG > 0), requerendo energia externa.
Fluxo de electrões	Os electrões fluem do ânodo para o cátodo através de um circuito externo.	Os electrões fluem em sentido inverso devido a uma fonte de energia externa.
Energia externa	Não é necessária uma fonte de energia externa.	Necessita de uma fonte de energia externa para conduzir a reação.
Aplicações	Utilizado em baterias e células de combustível (por exemplo, célula Daniell, baterias alcalinas).	Utilizado em galvanoplastia, eletrólise e refinação de metais (por exemplo, alumínio).
Recarregabilidade	Alguns são recarregáveis (por exemplo, pilhas recarregáveis).	Normalmente não são recarregáveis.
Designação dos eléctrodos	Ânodo: oxidação, cátodo: redução.	Ânodo: oxidação, cátodo: redução (fluxo de electrões invertido).
Função dos electrólitos	Facilita o movimento dos iões para manter o equilíbrio das cargas.	Suporta reacções não espontâneas impulsionadas por energia externa.

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