Difficulties of chemistry new undergraduate students as regards electrochemical concepts: a challenge for higher education

Venturi, Gabriela; Junckes, Ermelinda Silvana; Martin, Maria da Graça Moraes Braga; Oliveira, Brenno Ralf Maciel

doi:10.21577/0100-4042.20170756

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Sumário

Educação • Quím. Nova 44 (6) • June 2021 • https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170756 copy

Difficulties of chemistry new undergraduate students as regards electrochemical concepts: a challenge for higher education

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The present work discusses some of the difficulties that chemistry undergraduates have with electrochemistry and possible impacts on higher education. They responded to a questionnaire about their insights and experiences regarding electrochemistry teaching, as well as their knowledge about it. The responses were categorized according to their difficulties, mistakes, and alternative views, by means of content analysis. The data revealed that undergraduates often enter the course without solid previous knowledge about redox phenomena, since few of them managed to develop more elaborate and correct responses, directly impacting the continuity of electrochemical studies in higher education.

Keywords:
chemistry teaching; redox; misconceptions

ASSUNTO	DECA
Oxidação e Redução	1. Estado de oxidação de um elemento é o mesmo que a carga do íon monoatômico desse elemento. 2. Em todas as equações, a adição e a remoção de oxigênio podem ser usadas para identificar uma reação de oxidação ou redução. 3. Nas equações químicas, a mudança de cargas de espécies poliatômicas pode ser usada para identificar uma reação de oxidação ou redução. 4. Os processos de oxidação e redução ocorrem independentemente. 5. Números ou estados de oxidação podem ser atribuídos a moléculas poliatômicas ou a íons. 6. A carga das espécies poliatômicas indica o estado de oxidação da molécula ou íon. 7. Em uma equação, mudanças nas cargas de espécies poliatômicas podem ser usadas para determinar o número de elétrons removidos ou ganhos pelas espécies reativas.
Corrente Elétrica	8. A eletricidade na química e na física é diferente porque o fluxo da corrente ocorre em direções opostas. 9. Elétrons movem-se em solução pela atração alternada de um íon para o outro. 10. Quando um eletrólito conduz corrente, os elétrons movem-se para um íon no cátodo e são transportados por esse íon para o ânodo. 11. Em uma pilha os ânions e cátions são atraídos uns pelos outros e isso afeta o movimento dos íons nos eletrodos. 12. Elétrons movem-se através dos eletrólitos por serem atraídos por íons positivos em solução. 13. Prótons fluem nos condutores metálicos. 14. A corrente convencional é o fluxo de cargas positivas (geralmente prótons). 15. Os elétrons fluem nos eletrólitos. 16. Prótons e elétrons fluem em direções opostas em um eletrólito. 17. O movimento de íons em solução não constitui uma corrente elétrica. 18. Elétrons podem fluir pela solução aquosa sem assistência dos íons. 19. Apenas as cargas negativas constituem o fluxo de corrente no eletrólito e na ponte salina. 20. Prótons fluem em eletrólitos (independentemente se a solução é ácida, básica ou neutra).
Ponte Salina	21. Em uma célula eletroquímica, a ponte salina fornece elétrons necessários para completar o circuito. 22. A ponte salina auxilia no fluxo de corrente (ou seja, no fluxo de elétrons porque os íons positivos na ponte atraem os elétrons de uma meia-célula para outra meia-célula). 23. Ânions na ponte salina e nos eletrólitos aceitam elétrons e transferem do cátodo para o ânodo. 24. Cátions na ponte salina e no eletrólito aceitam elétrons e transferem do cátodo para o ânodo.
Ânodo e Cátodo	25. O ânodo é carregado positivamente porque ele perde elétrons e o cátodo é carregado negativamente porque ganha elétrons. 26. O ânodo é carregado negativamente e por isso atrai cátions, o cátodo é carregado positivamente e por isso atrai ânions. 27. Nas tabelas de potenciais de redução padrão. A espécie com maior potência é o ânodo. 28. A lista de potencial padrão de redução coloca a reatividade dos metais em ordem decrescente de cima para baixo. 29. A identificação do ânodo e do cátodo depende da localização física da meia-célula. 30. Ânodos, como ânions, sempre são carregados negativamente, cátodos, como cátions, são carregados positivamente.
Diferença de Potencial	31. Uma diferença de potencial entre dois pontos é exclusivamente devido a diferente na concentração de carga nesses pontos. 32. Há uma concentração elevada de elétrons no ânodo. 33. Existe uma baixa concentração de elétrons no cátodo. 34. Os elétrons deixam o ânodo, onde existe uma elevada concentração de elétrons e movem-se através do circuito externo para o cátodo, onde existe uma baixa concentração de elétrons. 35. A designação do E° para uma semicélula padrão H₂ (1atm)/H⁺ (1M) ser zero não é arbitrária, pois é baseada na química do H⁺ e H_2. 36. Não há necessidade de uma meia-célula padrão. 37. Potenciais de meia célula são absolutos na natureza e podem ser usados para predizer a espontaneidade das meias células. 38. Potenciais das células são derivados da adição individual dos potenciais de redução. 39. Potenciais de meia célula não são propriedades intensivas.
Funcionamento das Pilhas Eletroquímicas	40. Elétrons entram na solução pelo cátodo, viajem pelo eletrólito (e/ou pela ponte salina) e emergem no ânodo para completar o circuito. 41. Nas células eletroquímicas, os ânions e cátions movem-se até que suas concentrações nas meias células sejam iguais.

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