A Eletricidade nos Fenômenos Químicos do Dia-a-dia

Aula: Os Fenômenos ElétricosAluno: Vilmar Konageski Jr

Estágio Supervisionado IV: Ensino de Química IProfessor: Dr. Otavio Aloisio Maldaner

Parte Experimental:

• Realização do Experimento de ligar uma lâmpada de lanterna com o uso de uma pilha comum.

• Realização da montagem de uma pilha de Cu(s)/Zn(s) e verificar seu funcionamento com a lâmpada de lanterna da experiência anterior, ou com multímetro.

Reflexão:

• Por que existe o “fenômeno” da eletricidade nas pilhas?

• O que há na pilha comum e na pilha que foi montada que faz com que exista a eletricidade?

• Qual propriedades os materiais possuem que fazem este “fenômeno” existir?

Observe:

Lâmina de Zn(s)

Papel filtro com ZnSO4(aq)

Papel filtro com CuSO4(aq)

Lâmina de Cu(s)

Lâmina de Zn(s)

Papel filtro com ZnSO4(aq)

Papel filtro com CuSO4(aq)

Lâmina de Cu(s)

Esta foi a ordem de montagem para a pilha de Cu(s)/Zn(s), veja que a ordem se repete porque assim fica mais fácil de visualizar o acendimento da lâmpada.

Reação Principal da Pilha experimental

# Pólo Positivo:

Cu2+ + 2e- Cu0

Redução

# Pólo Negativo:

Zn0 - 2e- Zn2+

Oxidação

# Com base no fato

evidenciado de

deposição do metal

cobre sobre as placas

da pilha, o que

podemos deduzir? A

reação de oxidação

ocorre

simultaneamente com

a de redução.

Lembre-se de:

• Os elementos químicos possuem determinadas características, que, dão à eles certas propriedades. Uma característica importante dos metais é a reatividade, relembre da série de reatividade dos metais em ordem decrescente:

Li>Cs>Rb>K>Ba>Sr>Ca>Na>Mg>Be>Al>Zn>Cr>Fe>Cd>Co>Ni>Pb>H>Sb>Bi>Cu>Hg>Ag>Pd>Pt>Au

E a pilha comum?

Na pilha comum existe um eletrodo de grafite no centro, este grafite é envolvido por uma pasta de NH4Cl, ZnCl2 MnO2. Esta pasta é envolvida pelo envoltório de Zinco que constitui o corpo da pilha sendo este o pólo negativo.

Entre o bastão de grafite e o pólo metálico externo as empresas fabricantes utilizavam uma pequena porção de Hg(l), entre outros metais pesados, e isto tornava as pilhas grandes fontes de poluição pois poucas delas eram destinadas adequadamente.

A Pilha Comum

• Um circuito é o caminho por onde passam os elétrons. O circuito permite aos elétrons saírem da casca de zinco (lembre-se de nossa experiência, o Zn passando a Zn+2 portanto "perdendo" elétrons), viajando até a lâmpada pelo fio de cobre (que não participa da reação) viaja pela lâmpada, o que faz a lâmpada se acender, voltam à pilha através do contato metálico no topo do carvão, atravessam o carvão e vão provocar reações químicas pela pasta úmida negra dentro da pilha.

Redução e Oxidação no Experimento

• E temos aí um tipo particular de reação química chamada REDOX, ou de oxidação e redução. Quando o zinco perde elétrons, dizemos que ele SE OXIDA, e o chamamos de agente redutor, pois ele vai forçar o cobre a ganhar elétrons, cujo processo a gente chama de REDUÇÃO.

Reações de algumas pilhasTipo Reações Voltagem

Pilha Alcalina Zn + 2OH- ZnO + H2O + 2e-

2 MnO2 + H2O + 2e- Mn2O3 + 2OH-

1,5 V

Bateria de Chumbo

Pb + SO42- PbSO4 + 2e-

PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- PbSO4 + H2O

2 V

Pilha de Mercúrio

Zn + 2OH- ZnO + H2O + 2e-

HgO + H2O + 2e- Hg + 2OH-

1,5 V

Bateria de Níquel-Cádmio

Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2e-

2NiO(OH) + 2H2O + 2e- 2Ni(OH)2 + 2OH-

1,4 V

Pilha de Lítio 2Li 2Li+ + 2e-

I2 + 2e- 2I-

2,8 V

Reação Espontânea ddp

Me(s) + Mex- (aq) Produtos

E0 red - E0 red > 0 a voltagem da pilha é positiva

Me(s) + Mex- (aq) Nada ocorre

E0 red - E0 red < 0 a voltagem da pilha é negativa

Eletrodo que Eletrodo que

recebe e- doa e-

Potencial Padrão em solução aquosa

Em solução Metal E0 red (V)

K+(aq) K(s) -2,93

Na+(aq) Na(s) -2,71

Zn2+(aq) Zn(s) -0,76

Pb2+(aq) Pb(s) -0,13

Ag+(aq) Ag(s) 0,8

Cl2(g) 2Cl-(aq) 1,36

Cu2+(aq) Cu(s) 0,34

Como calcular a voltagem?

• Entre Potássio e Cobre?

• K>Cu

• K oxida(-e-) e Cu reduz(+e-), logo:

• Para saber qual oxida e qual reduz veja o próximo slide.

• ddp = +0,34V - (-2,93V) = 3,27V

• ddp>0 maior que zero e portanto há uma pilha

Lembre-se de:

OxidaOxidaLi>Cs>Rb>K>Ba>Sr>Ca>Na>Mg>

Be>Al>Zn>Cr>Fe>Cd>Co>Ni>Pb>

H>Sb>Bi>Cu>Hg>Ag>Pd>Pt>Au

ReduzReduz

Exercício:

• Calcule a voltagem da seguinte pilha:

• Chumbo e Prata sabendo que:

• E0 red Pb = -0,13V

• E0 red Ag = 0,8V

• Série: Ni>Pb>Sb>Hg>Ag

Resolução:

• Quem oxida e quem reduz?• Pb oxida e Ag reduz

• Cálculo da voltagem, lembre-se quem reduz vem primeiro e quem oxida depois.

ddp= 0,8V - (-0,13V) = 0,93V

Esta pilha gera 0,93 volts de energia.

A Transmissão da Eletricidade

• Os metais quando formam ligas com outros metais utilizam a ligação metálica, ou seja, é formado um “mar de elétrons”.

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

Barra de Metal

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

+++

Meio Ambiente e Pilhas

• Durante muito tempo utilizamos pilhas, sem o devido cuidado na hora da fabricação e disposição final e o resultado disto está ai hoje, os lixões que não são preparados para receber este tipo de material, acabaram concentrando grande quantidade de metais pesados e colocando-os em contato com os mais diversos meios de dispersão.

E as pilhas de Ijuí vão para onde?

Falando em saúde: A TOXICIDADE é uma característica

assim como todas as demais características que possuem os átomos.

• A toxicidade de um metal, assim como sua disponibilidade (capacidade de interação de um contaminante com um sistema biológico) estão relacionadas com vários fatores, como: a forma química em que o metal se encontra no ambiente; as vias de introdução do metal no organismo humano; a sua capacidade de biotransformação em sub-produtos mais ou menos tóxicos; etc. Desta forma, da sua emissão para o ambiente até o aparecimento dos sintomas da intoxicação, vários serão os interferentes que influirão nos efeitos negativos causados pelos metais.

Tabela 3 - Efeitos nocivos à saúde humana ocasionados por alguns metais presentes nas pilhas e baterias

METAL EFEITOS

Cádmio (Cd) § Câncer§ Disfunção renal§ Disfunções digestivas (náusea, vômito, diarréia)§ Problemas pulmonares§ Pneumonite (quando inalado)

Chumbo (Pb) § Anemia§ Disfunção renal§ Dores abdominais (cólica, espasmo e rigidez)§ Encefalopatia (sonolência, manias, delírio, convulsões e coma)§ Neurite periférica (paralisia)§ Problemas pulmonares

Lítio (Li) § Disfunção renal§ Disfunção do sistema neurológico§ Cáustico sobre a pele e mucosas (hidróxido de lítio)Manganês (Mn)§ Disfunção do sistema neurológico§ Efeitos neurológicos diversos§ Gagueira e insônia

Mercúrio (Hg) § Congestão, inapetência, indigestão§ Dermatite§ Diarréia (com sangramento)§ Dores abdominais (especialmente epigástrico, vômitos, gosto metálico)§ Elevação da pressão arterial§ Estomatites, inflamação da mucosa da boca, ulceração da faringe e doesôfago, lesões renais e no tubo digestivo§ Gengivite, salivação§ Insônia, dores de cabeça, colapso, delírio, convulsões

Níquel (Ni) § Câncer

Zinco (Zn) § Alterações no quadro sangüíneo, particularmente ferritina e hematócrito§ Problemas pulmonares

Fonte: COMLURB e IQ/UFRJ

Pilhas, o que fazer após o uso?

• Para a correta disposição das pilhas deve-se observar o seguinte:

• Existe alguma marcação na pilha indicando sua disposição final?

• A pilha é de origem confiável?

• E as baterias de Celular?

E o futuro?