pilha de Volta pilha Galvânica pilha voltaica rosário

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1 Em 1786, o anatomista italiano Luigi Galvani ( ) dissecou uma rã e observou contrações nos músculos do animal. As contrações ocorreram no momento em que seu assistente por acaso tocou com a ponta de seu bisturi na coxa da rã. Ou seja, isso acontecia no momento em que os tecidos da rã eram tocados por dois metais diferentes. 1

2 Galvani passou a defender, a partir de tal momento, uma teoria que tentava explicar esse fato: a teoria da eletricidade animal. Segundo Galvani, os metais eram apenas condutores da eletricidade, que na realidade estaria contida nos músculos da rã. Em 1800 o físico italiano Alessandro Volta ( ), realizou experimentos estudando geração de corrente elétrica, notou que quando a placa e o fio eram constituídos do mesmo metal, as contrações não apareciam, mostrando que não havia fluxo de eletricidade. Assim, ele passou a defender o conceito de que a eletricidade não se originava dos músculos da rã, mas sim nos metais e que os tecidos do animal é que conduziam essa eletricidade. 2

3 Volta criou a primeira pilha elétrica que passou a ser chamada de pilha de Volta, pilha Galvânica ou pilha voltaica e, ainda, rosário. A pilha de Volta é constituída por uma solução de ácido sulfúrico em água, na qual é mergulhado um eletrodo de cobre e um de zinco. Sua pilha original era composta de um disco de cobre, sobre ele um disco de feltro embebido em ácido sulfúrico diluído em água, depois um disco de zinco, sobre este, outro disco de feltro embebido em ácido sulfúrico diluído, depois outro disco de cobre, e assim sucessivamente. Esses discos eram colocados um sobre o outro de maneira a formar uma pilha. Daí se originou o nome que até hoje se conserva para esses geradores. 3

4 As pilhas, ou células eletroquímicas, e as baterias são dispositivos em que a energia química é transformada em energia elétrica de modo espontâneo. A pilha é formada somente por dois eletrodos e um eletrólito, enquanto que a bateria é um conjunto de pilhas em série ou em paralelo. Classificação As pilhas e baterias podem ser classificadas em primárias ou secundárias, sendo que as primárias não são recarregáveis e as secundárias são recarregáveis. Pilhas e baterias primárias: Quando o reagente é todo consumido e a reação de oxirredução que ocorre dentro delas cessa, essas pilhas devem ser descartadas. 4

5 Pilha seca de Leclanché, pilha ácida, Pilha comum ou zinco-carbono Essa pilha também é chamada de pilha de zinco/dióxido de manganês, pois o seu ânodo (polo negativo, que sofre oxidação) é um invólucro de zinco; enquanto o cátodo (polo positivo, que sofre redução) é formado por um bastão de grafite que fica no centro e está envolvido por uma camada de dióxido de manganês, carvão em pó e uma pasta úmida de cloreto de amônio e cloreto de zinco. O cilindro de zinco fica separado das outras substâncias químicas por um papel poroso e, conforme mostram as semirreações nos eletrodos abaixo, o zinco transfere elétrons para o manganês por meio da barra de grafite: Ânodo: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2 e - Cátodo: 2 MnO 2(aq) + 2 NH 4 1+ (aq) + 2e - 1 Mn 2 O 3 (s) + 2NH 3(g) + 1 H 2 O (l) Reação Global: Zn (s) + 2 MnO 2(aq) + 2 NH 4 1+ (aq) Zn 2+ (aq) + 1 Mn 2 O 3(s) + 2NH 3(g) 5

6 Pilha alcalina Essa pilha tem o mesmo esquema da pilha anterior (zinco/dióxido de manganês), porém, com a diferença de que o eletrólito é uma base, e não um ácido. No lugar do cloreto de amônio (que é um sal de caráter ácido) é utilizado o hidróxido de sódio ou de potássio. As reações que ocorrem nessa pilha são: Ânodo: Zn + 2 OH ZnO + H 2 O + 2e - Cátodo: 2 MnO 2 + H 2 O + 2e - Mn 2 O OH Reação global: Zn +2 MnO 2 ZnO + Mn 2 O 3 Pilha de mercúrio As pilhas de mercúrio ou de mercúriozinco recebem esse nome porque são constituídas basicamente de: Ânodo (polo negativo): cápsula de zinco. Cátodo (polo positivo): pasta que envolve o ânodo que contém óxido de mercúrio II (HgO (s) ), no qual o mercúrio se reduz de + 2 para 0. 6

7 Essa pilha é alcalina, pois contém como solução eletrolítica o hidróxido de potássio (KOH (aq) ), que é uma base fortemente alcalina, que substitui o NH 4 Cl das pilhas secas comuns. As semirreações que ocorrem em seus eletrodos e sua reação global estão descritas abaixo: Ânodo: Zn (s) + 2 OH 1- (aq) ZnO (s) + 2 H 2 O (l) + 2e - Cátodo: HgO (s) + H 2 O (l) + 2e - Hg (l) + 2 OH 1- (aq) Reação Global: HgO (s) + Zn (s) ZnO (s) + Hg (l) Pilha ou Célula a Combustível As Células a Combustível (CC) são, em principio, pilhas químicas, ou seja, dispositivos que convertem energia química diretamente em energia, proporcionando portanto, uma operação contínua, graças à alimentação constante de um combustível. As reações que ocorrem nessa pilha são: Ânodo: 1H 2(g) + 2 OH - (aq) 2 H 2 O (l) + 2e - Cátodo: ½ O 2(g) + 1 H 2 O (l) + 2e - 2 OH - (aq) Reação global: 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (l) 7

8 Pilha de Lítio Essa pilha é bastante leve, pesando apenas 25 g. Foi desenvolvida principalmente para ser utilizada em marca-passos, pois além de ter uma grande durabilidade (que pode chegar a até 10 anos), ela não solta gases que poderiam ser prejudiciais para o paciente, sendo fechada hermeticamente. Sua voltagem também é significativa: 2,8 V, podendo chegar a aproximadamente 3,4 V. As reações que ocorrem nessa pilha são: Ânodo: 2 Li (s) 2 Li 2+ (s) + 2e - Cátodo: 1 I 2(s) + 2e - 2 I 1- (s) Reação global: 2 Li (s) + 1 I 2(s) 2 LiI (s) Pilhas e baterias secundárias: Essas pilhas ou baterias podem ser recarregadas por meio da aplicação de uma diferença de potencial (por meio de um gerador, como carregador específico para o aparelho, um alternador ou um dínamo). Com isso, as reações envolvidas no funcionamento desses dispositivos ocorrem no sentido contrário, regenerando os reagentes e permitindo que a bateria seja utilizada novamente. 8

9 Baterias de chumbo Uma das baterias mais conhecidas e comuns no cotidiano é a bateria ou acumulador de chumbo, que é a bateria usada em automóveis. Geralmente, essa bateria é de 12 V, sendo formada por um conjunto de seis pilhas com 2 V cada uma. O ânodo dessa bateria é formado por placas de chumbo metálico, e o cátodo é formado por placas de chumbo revestidas de PbO 2(s). Essas placas são intercaladas e separadas por papelão ou plástico e mergulhadas em uma solução de ácido sulfúrico concentrado, formando uma série de seis pilhas, com 2V cada e fornecendo um total de diferença de potencial de 12 V. 9

10 As reações que ocorrem nessa pilha (bateria) são: Ânodo: Pb +HSO H 2 O PbSO 4 + H 3 O e - Cátodo: PbO 2 + HSO H 3 O e - PbSO H 2 O Reação global: Pb + PbO HSO H 3 O 1+ 2 PbSO H 2 O Bateria de celular (bateria de íon lítio) Leva esse nome porque o agente responsável tanto pela redução quanto pela oxidação é o íon lítio (Li + ). São as baterias recarregáveis modernas de celulares e computadores portáteis. A voltagem delas varia de 3,0 a 3,5 V. 10

11 As reações que ocorrem nessa pilha (bateria) são: Ânodo: Li y C 6 (s) + y Li + (solv) + y e- Li x+y CoO 2(s) Cátodo: Li x CoO 2 (s) + y Li + (s) + y e - Li x+y CoO 2(s) Reação Global: Li y C 6(s) 6 C (s) + y Li + (solv) + y e - Pilha ou bateria de níquel/cádmio As baterias de níquel/cádmio ou de cádmio/óxido de níquel são muito utilizadas em aparelhos eletrônicos portáteis, ferramentas, entre outros. Eram utilizadas nos primeiros celulares (atualmente são usadas as baterias de íon lítio) e também eram encontradas nas pilhas cilíndricas recarregáveis. 11

12 As reações que ocorrem nessa pilha (bateria) são: O ânodo dessa bateria é uma liga de ferro e cádmio, e o cátodo é revestido por uma camada de hidróxido (ou óxido) de níquel III: Ânodo: 1 Cd (s) + 2 OH - (aq) 1 Cd(OH) 2(s) + 2e - Cátodo: 2 NiOOH + 4 H 2 O (?) + 2e- 2 Ni(OH) 2. H 2 O (s) +2 OH - (aq) Reação global: 1 Cd (s) + 2 NiO(OH) + 2 H 2 O (?) 1 Cd(OH) 2(s) + 2 Ni(OH) 2(s) Bateria de hidreto metálico/óxido de níquel (NiMH) Suas atribuições principais são semelhantes à bateria de níquel-cádmio, mas com a modificação de que o ânodo é constituído por uma liga metálica que contém hidrogênio absorvido, formando um hidreto metálico. As reações que ocorrem nessa pilha (bateria) são: Ânodo: MH (s) + OH - (aq) M (s) + H 2 O (?) + e - Cátodo: NiOOH (s) + 2 H 2 O (?) + e - Ni(OH) 2. H 2 O (s) + OH - (aq) Reação global: 1 Cd (s) + 2 NiO(OH) + 2 H 2 O (?) 1 Cd(OH) 2(s) + 2 Ni(OH) 2(s) 12

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