Condução de corrente elétrica em algumas substâncias

Condução de corrente elétrica em algumas substâncias

Centro de Educação Profissional Hélio Augusto de Souza

CONDUÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA

Nomes: Sheila 36

Talita 37

Roseli 33

Rafael 43

Curso: Química Industrial Módulo: I Período: Manhã

Componente: Química Inorgânica Código: 1036 Profª Neila Braga Data: 10/03/09

  • Objetivo

Verificar através de um circuito a condução e não-condução de eletricidade de alguns compostos; na forma sólida e em solução.

  • Introdução Teórica

Para que haja condução de corrente elétrica é necessária a presença de elétrons livres, com mobilidade. Os compostos iônicos não conduzem corrente na fase sólida (quando os elétrons estão firmemente ligados uns aos outros), mas conduzem na fase líquida ou em solução aquosa, quando os íons adquirem mobilidade.

O composto que se dissolve originando uma solução que conduz corrente elétrica (solução eletrolítica) é chamado de eletrólito. Logo, aqueles compostos que mesmo em solução não conduzem eletricidade são denominados não-eletrólitos.

Eletrólito forte é uma substância que está completamente ionizada em solução. Suas soluções conduzem eletricidade melhor que o solvente puro. Os eletrólitos são oferecidos normalmente por substâncias iônicas. Ex: :::::: NaCl <===> Na+ + Cl-Eletrólito fraco é uma substância molecular que está parcialmente ionizada em solução, ou seja, possui íons livres na solução, assim como possui moléculas, que caracteriza a solução pela pouca condutividade elétrica. O eletrólito fraco e os íons ficam em equilibrio com moléculas não dissociadas. Ex: :::::: CH3COOH <===> CH3COO- + H+.

Eletrólito potencial é aquele eletrólito que não apresenta íons , ou seja, é constituido por unidades estruturais denominadas moléculas. Os íons são formados pela adição de um solvente polar como, por exemplo,água.

HCN( aquoso ) <===> H+( aquoso ) + CN-( aquoso )

Eletrólito intrínseco é o eletrólito que já apresenta íons, porém, fortemente ligados formando um conjunto iônico sólido e cristalino. Os íons são liberados por fusão ou por adição de um solvente polar.

NaCl( fundido ) <===> Na+( fundido ) + Cl-( fundido )

NaCl( aquoso ) <===> Na+( aquoso ) + Cl-( aquoso )

Solução eletrolítica é a solução que contém os íons livres derivados do eletrólito. Quando o eletrólito dissocia parcialmente, estes ions coexistem em equilíbrio com este eletrólito. Devido a existência de íons livres, a solução eletrolítica tem a capacidade de conduzir a corrente elétrica.

  • Solução eletrolítica aquosa é aquela cujos íons foram solvatados pela água.

  • Solução eletrolítica ígnea é aquela cujos íons foram liberados por aquecimento (processo de fusão).

  • Materiais e reagentes utilizados

    • Vidro de relógio;

    • Água destilada e da torneira;

    • Ácido acético;

    • Ácido sulfúrico;

    • Hidróxido de sódio;

    • Hidróxido e amônio;

    • Cloreto de sódio;

    • Açúcar;

    • Óxido de magnésio;

    • Grafite.

  • Procedimento

Foram mergulhados os dois fios do circuito simples (figura 1) nas amostras que já estavam na forma líquida para fechar o circuito e verificar se a lâmpada acendia. Já com os sólidos, foi feito o mesmo procedimento, e também foram colocados em água para verificar se em solução conduziriam eletricidade.

Figura 1: esquema de circuito simples

  • Resultados e discussões

Observou-se os seguintes fenômenos para os compostos líquidos:

Substâncias

H2O destilada

H2O torneira

H3C-COOH

H2SO4

NH4OH

Conduziu?

não

não

não

sim

sim (c/ pouca intensidade)

Para os compostos sólidos e em solução:

Substâncias

NaOH

MgO

NaCl

Açúcar

Grafite (lápis)

Conduziu?

Sólido

não

não

não

não

sim

Solução

sim

sim

sim

não

Sabe-se que diferentes substâncias apresentam diferentes comportamentos quando colocadas na presença de um solvente. Algumas se dissolvem, outras não. Dentre aquelas que dissolvem, dois processos são bastante importantes: dissociação e ionização. A dissociação e ionização resultam em soluções que possuem uma característica comum: liberam íons na água, mas a origem desses íons é que diferencia um processo do outro.

Ligações iônicas ou moleculares

Como sabemos, as substâncias são formadas por moléculas e estas moléculas por átomos. A forma com que os átomos se ligam entre si é que varia podendo ser de forma iônica ou molecular. Quando as ligações são iônicas um átomo (ou grupo de átomos) transferiu de forma definitiva um ou mais elétrons de seu ligante para si, tornando-se um íon negativo e transformando o outro em íon positivo. Um fica perto do outro por atração magnética. Nas ligações moleculares ou covalentes, os elétrons são compartilhados entre os ligantes e não há íons previamente formados. Compostos iônicos, ou seja, formados por ligações iônicas, já possuem íons e, quando colocados na presença de um solvente, ou quando fundidos - em estado líquido - separam os íons positivos dos negativos, seja pela solvatação promovida pelo solvente ou simplesmente pelo aumento da distância intermolecular.

Dissociação iônica

Nesse caso, em que já existiam íons e apenas os separamos, chamamos o processo de dissociação iônica, pois tudo o que fizemos, repito, foi separar íons pré-existentes. É o que acontece com os sais e as bases.NaCl = Na+ + Cl-CaCO3 = Ca2+ + CO32-NaHCO3 = Na+ + HCO3-LiOH = Li+ + OH-Al(OH)3 = Al3+ + 3OH-Importante: Compostos iônicos sofrem dissociação quando em solução e quando fundidos.

Ionização

Alguns compostos moleculares, como os ácidos, quando colocados em um solvente são "atacados" por esse solvente e acabam formando íons. Perceba claramente que não existiam íons na molécula original. Quando ela foi colocada na presença do solvente, este conseguiu, por força magnética, "arrancar" um ou mais de seus átomos mas, nesse processo, o átomo arrancado acaba tendo que deixar um elétron para trás, tornando-se um íon.Nesses casos, dizemos que houve uma ionização, pois uma molécula que não possuía originalmente íons passa a tê-los (livres no solvente). É o que acontece com os ácidos.HCl = H+ + Cl-H2SO4 = 2H+ + SO42-H3CCOOH = H+ + H3>CCOO-Importante: Substâncias moleculares que sofrem ionização só o fazem quando em solução. O processo não ocorre quando essas substâncias estão fundidas.

  • Conclusão

Conclui-se que de maneira geral, para haver condução de corrente elétrica o composto deve formar ou apenas separar íons quando em solução (ionização ou dissociação), ou seja, pode tanto ser composto iônico como molecular, pois vimos que ácidos (molecular) e bases e sais (iônicos) conduziram eletricidade.

Compostos orgânicos como H3C-COOH e o açúcar não conduzem eletricidade pois têm uma parte apolar grande, não formando íons em solução.

Já o grafite tem boa condutividade pois uma de suas características fisicas é o plano de clivagem e características lubrificantes que se devem ao arranjo dos átomos no material, formando estruturas em forma de folhas, atraídas por ligações fracas (Van der Walls). Nas "folhas", os átomos estão organizados como hexágonos, a semelhança dos favos numa colmeia, onde cada átomo de carbono ocupa um vértice. Como nesta estrutura cada carbono se liga a outros 3 átomos, "sobra" uma ligação para cada átomo. Estes elétrons formam uma grande ligação "deslocalizada" entre os átomos de carbono, semelhante a ligação metálica. A condutividade se dá ao longo da folha, de forma que no sólido, há variação da condutividade dependendo da posição em que este é medida ao longo do sólido (mais alta ao longo das folhas e menor perpendicularmente a estas.

O acoplamento frouxo entre as folhas na grafite contribui a uma outra propriedade industrial importante, o pó da grafite é usado como um lubrificante seco. Os estudos recentes sugerem que um efeito chamado superlubrificação pode também esclarecer este efeito. A grafite é usada também dentro de lápis. Apesar de não se ter usado diamante, por que ele não é um bom condutor se também é composto de C?

Figura 1: Grafite e Diamante Figura 2: Estrutura da grafite

O principal motivo está ligado à hibridização dos carbonos e na conseqüente forma espacial que seus cristais assumem. No caso da grafite, os carbonos possuem hibridização sp2 (plana), de modo que formam folhas superpostas com "colméias", que facilitam a transferência da eletricidade. Já os diamantes têm carbonos com hibridização sp3 (tetraédrica), portanto seus cristais são arranjos destes tetraedros, cuja conformação atômica dificulta o trânsito dos elétrons de modo linear e, portanto, torna o diamante um mal condutor elétrico.

  • Bibliografia

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