Por que no estado líquido O NaCl e um bom condutor de eletricidade enquanto que no estado sólido não e?

A - A lâmpada acende porque tem "algo" circulando no circuito metálico fechado, do qual o filamento de tungstênio faz parte.

Se a corrente elétrica é invisível, como se pode perceber a sua presença? Qual a evidência que tem coisas circulando?

Através de evidências macroscópicas vamos entender a organização microscópica das substâncias.

não acende

acende

acende

não acende

não acende

acende

acende

acende

Para entender a condutividade elétrica vamos analisar os componentes que a formam.

A. Por que o cristal CuSO4 não conduz corrente elétrica?
O CuSO4 sólido apresenta ligação iônica (composto iônico) , isto é, contém íons Cu2+ (cátions) e SO42- (ânions). Seus íons, atraídos por forças eletrostáticas, formam um agregado gigante e ordenado de partículas, formando um retículo cristalino (cristal). Não conduz corrente elétrica porque os íons, por estarem presos ao retículo cristalino, não podem se movimentar.

B. Por que a solução aquosa de sulfato de cobre conduz corrente elétrica?
Para liberar a movimentação desses íons, colocamos esses compostos iônicos em solução aquosa.
Quando se adiciona água a esse retículo, ocorre uma redução da força de atração das cargas opostas ficando os íons livres, por isso, podem conduzir corrente elétrica. A água apenas separa as cargas já existentes e esse processo denomina-se dissociação iônica, termo cujo significado é "separação" de íons, portanto, um fenômeno físico.
A água é uma substância formada por moléculas polares, cujo pólo negativo está situado no átomo de O?- e o pólo positivo, nos átomos de H?+. Como as partículas com cargas de sinais opostos se atraem, parte positiva da molécula de água (H?+) é atraída pelo íon negativo SO4 2-(ânion) e a parte negativa (O?-) pelo íon positivo cátion Cu2+ (cátion).
O resultado dessas interações será a obtenção de uma solução iônica que recebe a denominação de solução eletrolítica porque conduz eletricidade. As moléculas de água, que envolvem os íons são denominadas água de solvatação. A equação que representa esse fenômeno:

CuSO4 ? Cu2+(aq) + SO42-(aq)

Portanto, a função da água consiste na separação dos íons já existentes no aglomerado iônico (retículo cristalino), ocorrendo uma dissociação iônica - Teoria da dissociação iônica - Arrhenius -Prêmio Nobel 1903.

C. Por que solução aquosa de açúcar não conduz corrente elétrica?
Nessa solução não existem íons. Nesse caso, o açúcar somente se dissolveu na água.
O C12H22O11 apresenta apenas ligações covalentes (substância molecular), então, não existem íons em sua composição. Nesse caso, mesmo na presença de água não há formação de íons e portanto, a solução não conduz corrente elétrica. Dizemos que o açúcar apenas se dissolveu. Esse processo denominado dissolução pode ser representado pela equação:
C12H22O11(S) ? C12H22O11(aq)

Substâncias moleculares possuem ligação covalente - os átomos se mantém unidos porque suas eletrosfera compartilham alguns elétrons, isto é, fazem uso comum da quantidade de elétrons necessários para que passem a ter eletrosfera semelhante à de um gás nobre.

Por que os elétrons compartilhados mantêm os átomos unidos?
Os núcleos dos átomos que se unem para formar uma molécula se repelem, pois possuem cargas elétricas de mesmo sinal. Um elétron presente entre esses 2 núcleos, atrairá ambos, pois o núcleo e elétron possuem cargas de sinais opostos. A presença de elétrons acarreta uma atração suficientemente alta para manter os núcleos unidos, apesar da repulsão entre eles.
Muitos materiais modernos e resistentes são constituídos por substâncias em que há ligação covalente. É o caso dos poliésteres e das poliamidas. Materiais que podem ser empregados na confecção de barracas, pára-quedas e asas-delta.
A ligação covalente permite, em certos casos, a formação de longas moléculas tais como as da substância presente no cabelo, a queratina.

D. Por que solução aquosa de ácido clorídrico conduz corrente elétrica?
Nela existem íons livres. Como o HCl é um composto formado por moléculas, os íons devem ter sido formados mediante a quebra dessas moléculas pela água. Esse fenômeno é chamado ionização. No fenômeno de ionização, a água atua como reagente constituindo-se o fator determinante para a formação de íons, sendo, portanto, um fenômeno químico.
O HCl apresenta ligação covalente (composto molecular) , o que significa que não existem íons em sua composição. Assim, se há condução de corrente elétrica é porque há formação de íons, processo denominado ionização. A água participa na formação dos íons como reagente de uma reação que pode ser representada pela equação:

HCl(s) + H2O(l) ? H3O+(aq) + Cl-(aq)

Observe que o HCl puro é encontrado no estado gasoso e, como não contém íons livres, não conduz corrente elétrica. Submetido a uma liquefação, ele também não conduz corrente elétrica, pois, permanece puro e, portanto, sem íons.

E. Por que a placa metálica envernizada não conduz corrente elétrica?
Por que o verniz impede o contato direto com o metal.

F. Por que as placas metálicas de Zn e Cu conduzem corrente elétrica?
Algumas substâncias possuem a propriedade de conduzir elétrons, como os metais, a grafite (condutores elétricos). Materiais que possuem elétrons livres que se movem com facilidade porque estão fracamente ligados ao núcleo.
Em condições ambientais, com exceção do mercúrio, que é líquido, todas as substâncias metálicas são sólidas e formadas por cristais semelhantes aos das substâncias iônicas. Os cristais metálicos são formados por um arranjo geométrico tridimensional dos cátions, denominado retículo cristalino, mergulhados em uma nuvem eletrônica constituídas por elétrons mais externos, situados na camada de valência dos átomos metálicos - os elétrons livres. O arranjo geométrico cristalino dos íons facilita o movimento dos elétrons livres em sua estrutura. A nuvem eletrônica pertence a todo cristal e, como seus elétrons possuem alta mobilidade, uma das propriedades características dos metais é a condução de corrente elétrica.

G. Por que plástico não conduz corrente elétrica?
Outras substâncias oferecem muita resistência à condução de elétrons - são os isolantes ou dielétricos: plástico, madeira, vidro, borracha, cerâmica, isopor, seda, mica, cortiça. Materiais com arranjo atômico ou molecular que dificulta a movimentação dos elétrons porque estão mais fortemente ligados ao núcleo.

Importante - Na lâmpada, a resina de cor preta isola eletricamente a rosca da base, para que o caminho metálico fique bem definido e o filamento de tungstênio possa fazer parte do circuito. O vidro do bulbo que também é isolante envolve todo caminho metálico e impede o contato com o meio ambiente que contém oxigênio, impedindo que a lâmpada se queime com facilidade.

Conclusão
A partir da estrutura microscópica podemos entender as propriedades macroscópicas das substâncias, pois são decorrentes do tipo de ligação entre os átomos e da geométrica molecular, ou seja, da maneira como os átomos estão dispostos no agregado atômico. E, para a lâmpada acender é preciso que tenha movimento de cargas (elétrons ou íons).

Substâncias iônicas

Pura

Solução aquosa

sólida

líquida

dissociação iônica

não conduz

conduz

conduz

Substâncias moleculares

Pura

Solução aquosa

sólida

dissolução

não conduz

não conduz

Substância metálica

Pura

elétrons livres

conduz

Soluções que conduzem corrente elétrica são denominadas soluções eletrolíticas e a substância dissolvida é chamada eletrólito (substâncias que ao serem dissolvidas na água, sofrem dissociação iônica ou ionização)
Solução molecular ou solução não-eletrolítica é aquela que não contém íons e, portanto, não é conduz corrente elétrica.

B - Ao se conectar as 2 placas metálicas com um fio condutor contendo uma lâmpada, , tem-se uma pilha funcionando como fonte de corrente elétrica, realizando um trabalho: acendendo uma lâmpada.

O que ocorre dentro de uma pilha? - Como explicar tudo isso?
Para entender o princípio de funcionamento da pilha é preciso saber:
- Que tipos de reações químicas acontecem?
- Como aparecem s cargas?
- Por que aparecem as cargas?
- De onde vêm esses elétrons?
- Quando surge a corrente elétrica?

Princípio de funcionamento da pilha - um reagente cede elétrons para outro reagente através de uma reação de óxido-redução e essa transferência de elétrons se dá através de um fio condutor. Quando esses elétrons passam pelo filamento de tungstênio da lâmpada ele fica incandescente emitindo luz (transformação da energia térmica em radiante).

a. Quando uma barra de zinco é colocada em uma solução eletrolítica, o Zn metálico apresenta a tendência de perder elétrons de acordo com a reação:
Zn0 ? Zn2+ + 2 e
b. Similarmente, quando uma barra de cobre é colocada em uma solução eletrolítica, o cobre metálico também apresenta a tendência de perder elétrons. Porém observa-se que a tendência do zinco de perder elétrons é mais forte do que aquela do cobre (Zn é mais reativo que o Cu).
Cu0 ? Cu2+ + 2 e
c. Portanto, ao fechar externamente o circuito com um fio condutor, verifica-se um fluxo de elétrons entre as barras de zinco e de cobre, neste sentido.
Estabelecemos, então, externamente à solução, a passagem da corrente elétrica!

A energia química que é desenvolvida por esta reação é a responsável pela geração da corrente elétrica e pela energia elétrica a ela associada. O estudo químico desta reação mostra que ela é uma reação espontânea. Este é o motivo pelo qual, ao se fechar o circuito externo de uma pilha, a corrente elétrica começa a fluir automaticamente

Que tipos de reações químicas acontecem dentro da pilha para produzir corrente elétrica?
Deve ocorrer um tipo de reação química de óxido-redução, com transferência de elétrons, muito comum na natureza e responsável pela oxidação dos metais sob a ação da atmosfera (por exemplo, a ferrugem).

Como aparecem as cargas?
Apenas o contato entre metais diferentes não é suficiente para a geração da corrente elétrica, sendo para isso necessária a presença de um líquido condutor (solução eletrolítica) onde os metais possam desenvolver as reações que transformam a energia química em elétrica.

Por que aparecem as cargas? Por que placas de metais diferentes?
As cargas dos átomos
átomos com carga total

neutra negativa positiva
estado fundamental ânion cátion

Estado fundamental - nº de elétrons igual nº de prótons, o que resulta em carga zero, pois o nº de cargas negativas é igual ao nº de cargas positivas.
Ânion - átomo possui + elétrons do que próton, haverá mais cargas negativas do que positivas e ele terá carga total negativa, pois sobram partículas negativas em relação às positivas.
Cátion - o átomo possui + prótons do que elétrons, haverá mais cargas positivas do que negativas e ele terá carga total positiva, pois sobram partículas positivas em relação às negativas.

Porque uns perdem outros ganham elétrons? Quem cede? Quem recebe?
A transformação que escolhemos envolve o elemento Zn e o elemento Cu. Existe uma tendência do Zn. no estado fundamental, ceder elétrons para o cátion Cu2+. É uma transformação de oxirredução pois existe transferência de elétrons entre Zn e Cu.

Importante - Os átomos que recebem elétrons devem estar, necessariamente, na forma de cátions.

Fila de Reatividade
A tendência à doação de elétrons diminui da esquerda para a direita, da mesma forma, que a reatividade. Ou seja, os elementos situados mais a direita são mais estáveis (ou menos reativos) que os situados à esquerda.

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Sn Pb H Cu Ag Hg Au

A fila de reatividade é determinada, experimentalmente: o elemento terá a sua tendência - ou potencial - a doar elétrons, medida em relação a um padrão. Tem-se, assim, o potencial de eletrodo simbolizado por E0. Para a medida do potencial de eletrodo, escolheu-se como padrão o eletrodo de Hidrogênio e como unidade de medida o Volt (V), que é a unidade convencional para potencial elétrico. Ao eletrodo-padrão de H, nas condições padrão (temperatura de 25°, em solução 1 molar e à pressão de 1 atm), foi atribuído o valor zero ao seu potencial.
Cada tipo de elemento químico possui um potencial, uma "força" para perder ou atrair elétrons. Esta força é chamada Potencial de Oxidação (medida da capacidade de um elemento perder elétrons) ou Potencial de redução (medida da capacidade de um elemento receber elétrons).

E0oxid (Zn/Zn2+) = + 0,76 V E0red = - 0,76 V
E0oxid (Cu/Cu2+) = - 0,34 V E0red = + 0,34 V

- Oxidação é perda de elétrons.
- Redução é ganho de elétrons.

Para construir uma pilha podemos usar metais diferentes do cobre e zinco, basta que tenham potenciais de oxidação e redução favoráveis para que ocorra uma reação de óxido-redução. As pilhas atuais são versões melhoradas da pilha de Volta, os 2 reagentes estão separados para que troquem elétrons por meio de um circuito externo.

De onde vêm esses Elétrons? Quem corrói? Quem deposita?
Na placa de zinco, os átomos de zinco metálico Zn0 ao se tornarem cátions Zn2+, deixam a placa e migram para a solução atraídos pelo SO42- . Isso faz com que a placa de zinco seja corroída, perdendo para a solução parte de seus átomos.

Os cátions Cu2+ ao receber os elétrons tornam-se cobre metálico Cu0 e depositam-se na placa de cobre. Esse fenômeno é verificado pela formação de um depósito vermelho. Exposto ao ar, a coloração vermelho salmão inicial torna-se vermelho violeta devido à formação do óxido cuproso ( Cu2O ) para enegrecer-se posteriormente devido à formação do óxido cúprico ( CuO).

A solução fica azul mais claro - há indício de que houve diminuição da quantidade íons Cu2+ porque há uma transferência de elétrons do Zn0 para os íons Cu2+: o Cu2+ ao receber 2 elétrons se transforma em Cu0.

Relacionamento placa/Solução
Quando a placa de Cobre entra em contato com a solução CuSO4 , há um princípio de ionização, ou seja, átomos de cobre deixam 2 de seus elétronns na placa e passam para a solução como Cu2+, estabelecendo-se, então, o equilíbrio, poruqe os 2 elétrons atraem simultaneamente o Cu2+ da solução que se transformam em Cu0 metálico.

Cu0 ? oxidação? Cu2+ + 2 é
? redução?
Os átomos de Zinco da placa metálica passam para a solução na forma de íons Zn2+. Cada íon ao passar para a solução, deixa 2 elétrons na placa.

Quando surge a corrente elétrica?
Quando surge a diferença de potencial entre a placa de zinco e a placa de cobre.

O que é diferença de potencial - ddp?
A ddp é a "força" total com que os elétrons são transferidos de um átomo paea outro. Esses elétrons livres passam de um metal para outro, mas, dependendo dos metais empregados, passam com maior facilidade em um sentido. O metal que receber maior número de elétrons ficará, então, negativo. O outro, por causa da deficiência dos elétrons, ficará positivo.
Podemos calcular a ddp pela diferença absoluta entre os potenciais de oxidação dos elementos.

Calculando a voltagem - tensão elétrica
dE0 = E0oxi maior - E0oxi menos
dE0 = E0Zn/Zn2+ - E0Cu//Cu2+
dE0 = + 0,76 V - (- 0,34 V)
dE0 = 1,10 V

Quando se ligam os dois elétrodos por fios condutores ocorre um movimento de cargas eléctricas para tentar anular essa diferença. Cria-se um fluxo de corrente no circuito.
Quanto maior for a ddp entre os terminais de uma fonte de energia, maior será a quantidade de energia eléctrica fornecida a um receptor.
A ddp (U) é uma grandeza física que caracteriza a corrente eléctrica e a sua unidade no Sistema Internacional é o volt (V).

Para o funcionamento da pilha é preciso:

1. aparecimento de uma ddp inicial
inicialmente se estabelece uma ddp entre o cobre e o zinco, provocada pelo fato de esses
2 metais não terem a mesma facilidade para libertar íons na água.

2. manutenção dessa ddp
Depois, os íons SO42- e Cu2+ permitem que a diferença de potencial se mantenha.
1. Aparecimento da ddp inicial.
Como acontece isso?
Muitos metais, quando colocados na água, soltam íons seus na água. Assim, átomos de zinco começam a deixar a placa e entrar na solução. Cada átomo de zinco, ao entrar na solução na forma de íons positivos Zn2+ deixa na placa, 2 elétrons. Desse modo, a placa de zinco, por causa dos elétrons ali deixados, ficou com excesso de carga negativa e ao redor dessa placa ficam, então, muitos Zn2+.
Os íons positivos Zn2+ repelem os íons positivos Cu2+ para a placa de cobre. À medida que cada íon positivo Cu2+ chega à placa de cobre, retira dela 2 elétron e torna-se, dessa forma, Cu0 (cobre metálico). A placa de cobre, cedendo elétrons, ficou com excesso de carga positiva.
Assim, foi criada uma ddp ou tensão elétrica entre as tiras de zinco e de cobre. A ddp entre o cobre e o zinco aparece então porque esses dois metais não têm a mesma facilidade para libertar íons na solução. Quando ligadas a um condutor, dá-se a passagem de elétrons do zinco para o cobre.
Sentido do movimento dos elétrons
Como o zinco possui mais elétrons que o cobre, quando eles são reunidos pelo condutor há passagem de elétrons (carga negativa) do zinco para o cobre.

Nessa reação o zinco liberta 2 elétrons que manda para o condutor. Essa reação química é a fonte de elétrons para o zinco, isto é, é a origem dos elétrons que a pilha fornece para constituírem a corrente elétrica no circuito externo
O voltímetro acusará a passagem de uma corrente elétrica, mais especificamente, elétrons do zinco para o cobre. Entre dois condutores de materiais distintos, mergulhados em um eletrólito, aparece uma tensão elétrica.
Os elétrons que chegam à placa e cobre, provenientes da placa de zinco, atraem os íons Cu2+ da solução. Os íons Cu2+ uma vez em contato com a placa de cobre, recebem esses elétrons e se convertem em Cu0 (cobre metálico), que se deposita na placa. Isso explica porque a solução de cobre fica mais diluída, ou seja, mais pobre em íons Cu2+ , enquanto a placa de cobre aumenta. Esse processo é chamado de semi-reação de redução e pode ser expresso pela equação:

Cu2+ + 2 é ? Cu0
da da fica na
solução placa placa

Para que isso ocorra, é preciso uma transferência de elétrons:

Zn(s) ? Zn2+(aq) + 2e? Reação no anodo. Perda de elétrons. Oxidação
2Cu2+(aq) + 2e? ? Cu0(s) Reação no catodo. Ganho de elétrons. Redução

2. A manutenção da ddp.
As moléculas de sulfato de cobre se dissociam em íons Cu2+ e SO42-, segundo a equação:

CuSO4 (s) ? Cu2+ (aq + SO42-(aq)

O íon SO42- se dirige para o zinco, aí reage com Zn2+, formando-se sulfato de zinco, segundo a equação:

Zn2+ + SO42- =>ZnSO4

O íon de cobre Cu2+ se dirige para o cobre; aí recebe 2 elétrons e se transforma em Cu0 (cobre metálico).

Por que o fio condutor? Que estrutura permite a condução de corrente elétrica?

Sem fio condutor - ocorre transferência direta de elétrons sem que a energia química seja aproveitada.Nem todas reações de oxirredução produzem energia elétrica. Na formação da ferrugem, os 2 reagentes envolvidos trocam elétrons diretamente, sem que esses elétrons passem por um condutor: os átomos de Fe doam os elétrons (oxidação) e os átomos de O recebem (redução) - os elétrons não passam pó um fio condutor,; não há como se obter dessa forma, energia elétrica.

Com fio condutor - Aproveita-se a transferência de elétrons, da reação de óxido-redução, para propiciar, assim, o aparecimento de uma corrente elétrica através de um condutor. Dessa maneira, a pilha converte energia química em energia elétrica, disponibilizando energia química na produção de trabalho elétrico, por isso, ao se conectar as 2 placas metálicas com um fio condutor contendo uma lâmpada, , tem-se uma pilha funcionando como fonte de corrente elétrica, realizando um trabalho: acendendo uma lâmpada.

Algumas substâncias possuem a propriedade de conduzir elétrons, como os metais (ligação metálica), a grafite são condutores elétricos. Outras oferecem muita resistência à condução de elétrons - são os isolantes: madeira, vidro, plástico.

Resistência elétrica - Dentre os materiais condutores, alguns oferecem maior e outros menor oposição à passagem da corrente eléctrica. A grandeza física que mede essa oposição, denomina-se resistência elétrica (R) e a sua unidade no Sistema Internacional é o ohm (símbolo ). Todos os componentes de um circuito, desde as pilhas e lâmpadas aos fios de ligação, têm resistência elétrica. A resistência de um condutor eléctrico varia com a sua natureza, forma e temperatura.

INTENSIDADE DA CORRENTE
A intensidade da corrente (I) é outra grandeza física que caracteriza a corrente eléctrica. A sua unidade de medida no Sistema Internacional é o ampère (A). Esta grandeza representa a quantidade de cargas eléctrica que atravessa uma dada secção de um condutor por segundo.

Se a intensidade da corrente for superior ao valor máximo suportado por um determinado aparelho, este pode ficar danificado.

Por que no estado líquido O NaCl e um bom condutor de eletricidade?

Porque o NaCl não conduz eletricidade no estado sólido?

Por que no estado líquido O NaCl e um bom condutor de eletricidade enquanto que no estado sólido não e?

Por que no estado líquido O HCl e um mau condutor de eletricidade C por que em solução aquosa ambos são bons condutores de eletricidade?