PILHAS E BATERIAS COMERCIAIS. Química II Professora: Raquel Malta 3ª série Ensino Médio

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Luna Barros Leão
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1 PILHAS E BATERIAS COMERCIAIS Química II Professora: Raquel Malta 3ª série Ensino Médio

2 NOMENCLATURA Pilha: dispositivo constituído unicamente de dois eletrodos e um eletrólito, arranjados de maneira a produzir energia elétrica. Bateria: conjunto de pilhas agrupadas em série ou paralelo. Atualmente os termos pilhas e baterias são usados indistintamente.

3 CLASSIFICAÇÃO PRIMÁRIA NÃO RECARREGÁVEL BATERIA Pilha seca e pilha alcalina. SECUNDÁRIA RECARREGÁVEL Bateria de chumbo, bateria de níquel/cádmio, bateria de íons lítio e células de combustível.

4 Potencial ( E ):1,5 V. PILHA SECA OU COMUM Reações complexas; as mais prováveis são: Inventada em 1860 pelo químico francês George Leclanché. Ânodo constituído de zinco metálico, cátodo de um bastão de grafite rodeado de pó de dióxido de manganês (MnO 2 ) e grafite, e o eletrólito é uma pasta formada de cloreto de amônio e cloreto de zinco. Ânodo: Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e - Cátodo: 2 NH 4+ (aq) + 2 MnO 2 (s) + 2e - 2 NH 3 (g) + Mn 2 O 3 (s) + H 2 O(l) DESVANTAGENS: Formação de gás que impede o fluxo de íons. Reações paralelas ( prateleira ) que provocam vazamentos. Presença de mercúrio, chumbo e cádmio riscos ao meio ambiente.

formada de cloreto de amônio e cloreto de zinco.

5 PILHA ALCALINA Semelhante à pilha de Leclanché. Substituição do NH 4 Cl por KOH alcalina. Reações que ocorrem: Ânodo: Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e - Cátodo: 2 MnO 2 (s) + H 2 O(l) + 2e - Mn 2 O 3 (s) + 2 OH - (aq) VANTAGENS: Menor risco de vazamento. Maior durabilidade (ausência de gás amônia, maior condutividade elétrica do KOH e desgaste lento do zinco em meio básico). Ausência de mercúrio, chumbo e cádmio.

(s) + 2 OH - (aq) VANTAGENS: Menor risco de vazamento.

6 BATERIA DE CHUMBO Construída em 1859 pelo francês Raymond Planté. Usada nos automóveis, consiste em 6 pilhas de 2 V ligadas em série. Ânodo constituído de chumbo e cátodo de óxido de chumbo IV (PbO 2 ), ambos mergulhados em solução de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). Reações que ocorrem: Ânodo: Pb(s) + SO 4 2- (aq) PbSO 4 (s) + 2e - Cátodo: PbO 2 (s) + 4 H + (aq) + SO 4 2- (aq) + 2e - PbSO 4 (s) + 2 H 2 O(l)

Ânodo constituído de chumbo e cátodo de óxido de chumbo IV (PbO 2 ), ambos mergulhados em solução de

7 Reação global : Pb(s) + PbO 2 (s) + 2 H 2 SO 4 (aq) descarga carga 2 PbSO 4 (s) + 2 H 2 O(l) Avaliação da carga da bateria densidade da solução de ácido sulfúrico. Bateria carregada: densidade igual a 1,28 g/cm 3. Bateria descarregada: densidade inferior a 1,20 g/cm 3. A recarga da bateria é feita pelo alternador. DESVANTAGENS: Adição periódica de água destilada decomposição da água da solução. Utilização de chumbo metal pesado e tóxico riscos ao meio ambiente. Bateria selada

Bateria descarregada: densidade inferior a 1,20 g/cm 3. A recarga da bateria é feita pelo alternador.

8 BATERIA DE NÍQUEL/CÁDMIO Utilizada em filmadoras, aparelhos eletrônicos portáteis, telefones sem fio etc. Ânodo constituído de cádmio metálico e cátodo por hidróxido(óxido) de níquel III imerso em uma solução de KOH. Fornece um potencial constante de aproximadamente 1,4 V podendo ser recarregada diversas vezes. Reações que ocorrem: Ânodo: Cd(s) + 2 OH - (aq) Cd(OH) 2 (s) + 2e - Cátodo: 2 NiO(OH)(s) + 2 H 2 O(l) + 2e - 2 Ni(OH) 2 (s) + 2 OH - (aq) DESVANTAGENS: Alto custo de produção. Utilização de cádmio metal pesado e tóxico riscos ao meio ambiente. Efeito memória.

Fornece um potencial constante de aproximadamente 1,4 V podendo ser recarregada diversas vezes.

9 Substituição das baterias de níquel/cádmio pelas baterias de níquel/hidreto metálico. PRINCIPAL DIFERENÇA: Substituição do cádmio por hidrogênio na forma de hidreto metálico. Reações que ocorrem: Ânodo: 2 MH(s) + 2 OH - (aq) 2 M(s) + 2 H 2 O(l) + 2e - Cátodo: 2 NiO(OH)(s) + 2 H 2 O(l) + 2e - 2 Ni(OH) 2 (s) + 2 OH - (aq) Fornece um potencial constante de aproximadamente 1,2 V podendo ser recarregada diversas vezes. VANTAGENS E DESVANTAGENS EM RELAÇÃO ÀS BATERIAS DE NÍQUEL/CÁDMIO: Maior desempenho. Custo superior.

Reações que ocorrem: Ânodo: 2 MH(s) + 2 OH - (aq) 2 M(s) + 2 H 2 O(l) + 2e - Cátodo: 2 NiO(OH)(s) + 2 H 2 O(l) + 2e - 2 Ni(OH) 2

10 BATERIA DE ÍONS LÍTIO Utiliza íons lítio dissolvidos em solventes não aquosos. Fornece um potencial que varia entre 3,0 a 3,5 V podendo ser recarregada diversas vezes. Ânodo constituído de grafite, cobre e íons lítio intercalados nas camadas de carbono e cátodo de óxido de cobalto litiado (Li x CoO 2 ). Durante o processo de descarga, os íons lítio migram desde o interior do material que compõe o ânodo até dentro do material do cátodo e os elétrons movem-se através do circuito externo. Reações que ocorrem: Ânodo: oxidação do carbono e liberação de íons lítio. Cátodo: redução do cobalto com entrada de íons lítio.

Ânodo constituído de grafite, cobre e íons lítio intercalados nas camadas de carbono e cátodo de óxido de cobalto litiado (Li x CoO 2 ).

11 VANTAGENS: Alto desempenho. Menor massa e tamanho. Menor risco ambiental.

12 CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL Surgiu a partir dos questionamentos da relação entre obtenção de energia elétrica e impacto ambiental. Constituída de dois eletrodos porosos separados por um eletrólito e conectados por um fio externo condutor. Utiliza hidrogênio (H 2 ) e oxigênio (O 2 ), usualmente do ar, na forma de um fluxo de gás. Reações que ocorrem: Ânodo: H 2 (g) 2 H + (aq) + 2e - Cátodo: ½ O 2 (g) + 2 H + (aq) + 2e - H 2 O(l) Reação global: H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(l) As células de combustível são dispositivos geradores de energia eficientes e essencialmente não poluentes.

Utiliza hidrogênio (H 2 ) e oxigênio (O 2 ), usualmente do ar, na forma de um fluxo de gás.

13 BATERIA SELADA Não necessitam de reposição periódica de água. Substituição da liga chumbo-antimônio por chumbo-cálcio que impede a decomposição da água. Visor na tampa permite verificar se a bateria está carregada (esfera verde). Verde carregada Densidade da esfera menor que a da solução.

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Sumário 20 Pilhas/Baterias

Sumário 20 Pilhas/Baterias Sumário 2 Pilhas/Baterias 1. Definições e características 2. Baterias primárias 2.1 Baterias de Leclanché (pilhas secas) 2.2 Baterias Alcalinas 2.3 Baterias de Lítio 3. Baterias secundárias 3.1 Baterias