Eletrodo de referência: características, função, exemplos - Ciência - 2023

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o eletrodo de referência é um dispositivo utilizado em análises potenciométricas e voltamétricas para a determinação quantitativa de um analito. Sua importância é, como o próprio nome indica, servir de referência para estimar o verdadeiro valor do potencial na reação de uma meia-célula eletroquímica.

Os potenciais de uma meia célula dependem da concentração de um íon de interesse, pois ela reage ganhando ou perdendo elétrons. Dessa forma, é possível determinar sua concentração a partir desses potenciais. No entanto, seus valores não são absolutos, mas relativos ao eletrodo de hidrogênio padrão (SHE).

Por convenção, os potenciais dos eletrodos de hidrogênio (acima) são iguais a 0V. O problema é que esses eletrodos são difíceis de manipular, por isso não são práticos de instalar em todas as análises. É aqui que entram os eletrodos de referência, muito mais simples e cujos potenciais são diferentes de 0V.

Alguns dos eletrodos de referência, como o Calomel Saturated Electrode (ESC), podem ser construídos no mesmo laboratório antes do teste. Eles também estão disponíveis abertamente no mercado com suas especificações adequadas, e os riscos de contaminação da amostra de analito são mínimos.

Características do eletrodo de referência

Considere o sistema de dois eletrodos acima. Um é o indicador (cinza), onde ocorre a reação de interesse, e o outro é o indicador de referência (ouro). Essa célula eletroquímica terá um potencial E, que será igual à diferença dos potenciais de ambos os eletrodos (Ei-Er). Portanto, qualquer variação em E deve ser devida exclusivamente ao potencial do eletrodo indicador.

Do exposto, conclui-se que o eletrodo de referência possui as seguintes características:

-Tem um potencial estável ao longo do tempo e é reproduzível. Ou seja, deve ser o mesmo, não importa onde ou quantas vezes as medições sejam feitas.

-Sua composição química é constante e insensível, dificilmente se altera ao interagir com a solução do analito ou imerso em meio aquoso.

-É fácil de construir e montar, ao contrário do eletrodo de hidrogênio padrão, que requer o uso de um tanque de hidrogênio e há risco de explosão quando o hidrogênio se mistura com o ar.

O eletrodo indicador é aquele que é sensível à concentração do analito.

Função do eletrodo de referência

Os potenciais dos eletrodos de referência são medidos em relação ao eletrodo de hidrogênio padrão, portanto, seus valores são diferentes de 0V. Graças a esses eletrodos de hidrogênio é possível construir tabelas de potenciais de redução padrão Eº, que aparecem nos índices de textos de química para infinitas reações redox.

No entanto, na prática, você não carrega um eletrodo de hidrogênio em todos os lugares. Em vez disso, são usados eletrodos de referência, que são muito mais simples e seguros de manusear.

Como seus potenciais são constantes e estáveis, as leituras do potencial da célula eletroquímica serão devidas exclusivamente ao eletrodo indicador; isto é, a variações na concentração do analito em questão.

Assim, a função do eletrodo de referência é determinar o potencial de qualquer reação em uma das meias células do sistema eletroquímico. Se seus potenciais não fossem estáveis, as determinações quantitativas do analito não seriam confiáveis. Todas as análises potenciométricas ou voltamétricas devem especificar qual eletrodo de referência eles usaram para relatar seus resultados.

Exemplos de eletrodos de referência

Existem vários projetos de eletrodos de referência disponíveis no mercado. Alguns são usados para determinações muito específicas. No entanto, entre todos existem dois eletrodos que se destacam pela simplicidade e praticidade: o eletrodo de calomelano e o eletrodo de cloreto de prata-prata, ambos muito recorrentes em muitas análises potenciométricas e voltamétricas.

Eletrodo calomelano

A imagem superior mostra as partes convencionais de um eletrodo de calomelano saturado, ECS. Diz-se que está saturado porque contém uma solução saturada de KCl (azul), que também contém cristais de KCl não dissolvidos.

A coluna interna, atravessada por um fio de platina, é preenchida com mercúrio, que por sua vez entra em contato com uma pasta de calomelano, Hg₂Cl₂ ou cloreto de mercúrio (I) e a solução saturada de KCl. Assim, neste eletrodo a concentração de íons Cl é importante.^–, já que seu valor modifica o potencial do eletrodo.

A reação que ocorre é a seguinte:

Hg₂Cl₂(s) + 2e⁻⇌ 2Hg (l) + 2Cl⁻

E tem um Eº de 0,241 V.

Na extremidade inferior do ECS está uma frita porosa, que é eletricamente contatada com a solução de analito e permite a troca controlada de íons Cl.^–. Caso contrário, haveria contaminação por cloreto na amostra, e também o eletrodo perderia sua preciosa solução saturada de KCl.

Este eletrodo é usado para medições de pH e em geral de qualquer analito cuja concentração possa ser determinada em meio aquoso.

Eletrodo de cloreto de prata-prata

Semelhante ao eletrodo de calomelano, o eletrodo de cloreto de prata-prata é composto por um fio de prata revestido com cloreto de prata e também imerso em uma solução saturada por uma mistura de KCl e AgCl.

Todas as suas partes são protegidas dentro de um tubo de plástico, que possui uma abertura porosa por onde estabelece o contato elétrico com a solução.

A reação que define seu potencial, Eº = 0,197 V, é a seguinte:

AgCl (s) + e⁻⇌ Ag (s) + Cl⁻

Este eletrodo tem mais usos e preferências do que o calomelano, o que se deve ao impacto negativo que o mercúrio tem no meio ambiente. Por outro lado, os eletrodos de cloreto de prata-prata são mais simples, seguros e baratos de construir em laboratório.

Dizemos então que o eletrodo de cloreto de prata-prata substitui o calomelano em muitas de suas aplicações (titulações potenciométricas, testes de corrosão, análises eletroquímicas, etc.).

É também uma das opções preferidas em biologia e medicina, principalmente no que diz respeito à eletrocardiografia e eletroencefalografia, uma vez que a prata e seu sal são substâncias relativamente tóxicas para o corpo.

Referências

Day, R., & Underwood, A. (1965). Química Analítica Quantitativa. (quinta edição). PEARSON Prentice Hall.
Skoog D.A., West D.M. (1986). Análise instrumental. (segunda edição). Interamericana., México.
Wikipedia. (2020). Eletrodo de referência. Recuperado de: en.wikipedia.org
Elsevier B.V. (2020). Eletrodo de referência. ScienceDirect. Recuperado de: sciencedirect.com
Chemistry LibreTexts. (9 de junho de 2020). Eletrodos de referência. Recuperado de: chem.libretexts.org