as pilhas eletroquímicas são dispositivos criados pelo homem

7/21/2019 As Pilhas Eletroquímicas São Dispositivos Criados Pelo Homem

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As Pilhas eletroquímicas são dispositivos criados pelo homem, que transformam a

energia liberada numa reação química em energia elétrica. A reação, que ocorre no

interior da pilha, deve ser ao mesmo tempo, espontânea e de oxidoredução. !xistem

v"rias reaç#es que se encaixam nesse domínio

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O conceito

As Pilhas eletroquímicas são dispositivos criados pelo homem, que transformam aenergia liberada numa reação química em energia elétrica. A reação, que ocorre no

interior da pilha, deve ser ao mesmo tempo, espontânea e de oxidoredução. !xistem

v"rias reaç#es que se encaixam nesse domínio.

' grande problema para construir uma pilha é fa(er com que a oxidação de uma dada

espécie )quase sempre um metal* ocorra num lugar e a redução de outra

espécie)quase sempre um c"tion* ocorra em outro lugar.!sse é o segredo.+enha

sempre em mente.

O esquema da pilha e sua descrição

'bserve com atenção a figura1

' recipiente est" dividido em dois compartimentos separados por uma parede porosa

que, mais tarde, voltaremos a falar sobre ela.A parede permite que os íons passem de

um compartimento para o outro quando eles sofrem atraç#es elétricas.sso ser"

discutido mais tarde.

-o compartimento esquerda h" uma solução aquosa contendo um composto i/nico

dissolvido, cu0o c"tion é A&1.2laro que a solução também possui ânions, mas eles não

t3m importância no momento.Por simplicidade, suponha que o ânion se0a 2l.

%



4ergulhado parcialmente na solução h" o metal A.' con0unto é chamado meiapilha,

ou meia célula A 5 A&1)aq*.

-o compartimento da direita temos a meiacélula 6 5 671)aq* , que contém o metal 6

parcialmente mergulhado na solução onde h" um composto i/nico sol8vel do c"tion

671.)'s ânions não t3m importância por enquanto mas,para efeito deraciocínio,suponha que também se0a 2l*

OBS.Os cátions em solução podem ter cargas as mais comuns que são +1, +2 ou +3 (

tais como Ag 1+ , n2+ ou Al 3+ !. "esses casos os metais mergul#ados seriam,

respecti$amente ,prata,%inco e alum&nio.

'bserve novamente a figura e ve0a que h" um fio condutor )que pode ser de cobre*

ligando os metais A e 6.-o meio do caminho representamos uma pequena

lâmpada.As setas indicam o movimento de elétrons do metal 6 para o metal A. A

pequena lâmpada acende na passagem da corrente elétrica.Como funciona a Pilha: Anote os dados abaixo.

%. 's dois metais A e 6 são chamados, genericamente, de !letrodos.

%. ' eletrodo de onde saem os elétrons )no caso, 6* é chamado eletrodonegativo ou Ânodo da Pilha.

%. ' eletrodo onde chegam os elétrons )A, no exemplo* é chamado eletrodopositivo ou Cátodo da Pilha.

%. -o compartimento de onde saem os elétrons h" oxidação do metal )paraliberar os elétrons*.

%. -o compartimento aonde chegam os elétrons h" redução do cátion )queconsomem os elétrons*.

%. 9obre os Potenciais -ormais de :edução ; E0 do ânodo < E0 do cátodo .

%. Os elétrons saem do lugar de E0 menor ara o de E0 maior !do ânodo arao cátodo".

%. 9obre a $orça !letromotri( ;

#E$ % E0 !cátodo" & E0 !ânodo". Esse é 'alor inicial( no estado adrão.

< medida que a pilha est" funcionando a $!4 vai caindo, porque o Potencial de:edução do

c"todo)que tem o maior valor* vai diminuindo enquanto que o Potencial de redução do

=nodo)o de

menor valor* vai aumentando.9e a $!4 chegar a >!:' não h" mais corrente elétrica.

Para o exemplo genérico acima :

?oc3 deve entender que ;

% @ ' metal 6 sofre oxidação ; 6)s* 671 1 7 e .

&



& @ ' c"tion A&1 sofre redução ; A&1 1 & e A

-a equação da reação global )completa* não aparecem elétrons.Para isso

multiplicamos a semiequação de oxidação por &, e a semiequação de redução por

&.9omando as duas,os elétrons são cancelados ;

7 A&1 1 & 6 & 671 1 7 A

7 @ Pelo movimento dos elétrons )de 6 para A* reconheça que 6 funciona como =nodo

e que A funciona como 2"todo. ?e0a que mesmo não tendo sido dados os Potenciais

de :edução das duas meiaspilhas, voc3 reconheceu o compartimento andico e o

compartimento catdico.

A reação global descrita acima é espontânea ; !ntre os dois c"tions o oxidante mais

forte é A&1)%o membro* e o redutor mais forte entre os metais é 6)também no

%o membro*.

Muita atenção

A reação condu(ida da forma descrita,com a oxidação acontecendo num lugar e a

redução em outro,permite gerar a corrente elétrica. -o entanto,se fi(éssemos a adição

do metal 6 diretamente a uma solução que contém o c"tion A&1, a reação aconteceria

)como est" descrita,mas* sem produ(ir a corrente elétrica.-o primeiro caso di(emos

que acontece uma reação eletroquímica de oxidoredução.-o segundo caso temos a

reação química de oxidoredução.

!obre a Parede Porosa "que di#ide os dois compartimentos$

< medida que a pilha vai operando a concentração dos c"tions 671 vai crescendo. Ao

mesmo tempo,a concentração do c"tion A&1 vai diminuindo.Besse modo,no lado

esquerdo passa a existir um excesso de 2l, enquanto que no lado direito h" uma

car3ncia desse ânion. Para manter a eletro neutralidade das duas soluç#es, os ânions

2l)neste exemplo* vão migrar do compartimento da esquerda para o da direita.

?oc3 poderia até fa(er uma boa ideia disso;

+oda ve( que desaparecem 7 c"tions A&1 no lado esquerdo,surgem dois c"tions 671 no

outro lado.Assim migram C ânions 2l do lado esquerdo para o direito.

4uitas ve(es, no lugar da parede porosa para separar as duas meias pilhas,emprega

se a chamada Ponte 9alina,como mostra a figura seguinte; !#igura )"

A pilha aqui representada é conhecida pelo nome Pilha de Baniell. !la é formada pelas

meiaspilhas >n&15>n e 2u&152u.2omo os elétrons saem do (inco para o cobre, então 0"

sabemos qual o metal que sofre oxidação)>n*,qual a meiapilha de menor Potencial de

:edução)a de >inco* e também qual o c"tion que sofre redução)2u &1* e a meiapilha

de maior Potencial de :edução )a de cobre*.

A oxidação é descrita por >n >n&1 1 & e ,

A redução é dada por 2u&1 1 &e 2u

7



! a reação global é representada por 2u&1 1 >n 2u 1 >n&1 .

Além disso, podemos afirmar que o c"tion de cobre é oxidante mais forte do que o

c"tion de (inco, bem como que o (inco met"lico é redutor mais forte do que o cobre

met"lico.?e0a que na reação espontânea o oxidante mais forte e o redutor mais forte

encontramse no primeiro membro.

A Ponte 9alina une as duas meiaspilhas.!la contém uma solução aquosa saturada de

um sal, como o sulfato de pot"ssio na figura acima.Burante o funcionamento da pilha a

concentração dos íons de (inco vai aumentando ao passo que a dos íons de cobre vai

diminuindo.Assim,para manter a eletro neutralidade de cada solução íons sulfato

migram para a solução da direita enquanto íons de pot"ssio migram para a solução da

esquerda.' sulfato de pot"ssio fa(,portanto, uma ponte entre as soluç#es das duas

meiaspilhas.

Podese descrever a Pilha de Baniell)e qualquer outra pilha semelhante* pelo

esquema abaixo ;

>n 5 >n&1 55 2u&1 5 2u

'nde esquerda se representa a meiapilha de Potencial menor)=nodo* , a dupla

barra representa a Ponte 9alina e,em seguida, se representa a outra meiapilha,de

Potencial de :edução mais alto)2"todo*.

A Pilha de %aniell "animação$.

Duando colocamos uma lâmina de (inco numa solução de sulfato de cobre ocorreuma reação química de oxidoredução onde a energia liberada -E' é convertida em

energia elétrica porque a doação de elétrons)pelos "tomos de (inco* e o recebimento

de elétrons)pelos c"tions de cobre* aconteceu no contato entre os reagentes.Para se

obter energia elétrica,como foi dito acima,a doação deve ocorrer num lugar e o

recebimento em outro. Assim,ve0a a montagem inicial;

Bois recipientes,um contendo solução de sulfato de (inco e o metal (inco

mergulhado,e o outro com solução de sulfato de cobre, na qual mergulha parcialmente

uma lâmina de cobre.A Ponte 9alina)fa( uma ponte entre as duas meiaspilhas*

contém solução saturada de sulfato de sdio. 's elétrons passam da lâmina de (incopara a de cobre fa(endo acender a lâmpada.Besse modo o eletrodo de (inco é o

ânodo da pilha enquanto o eletrodo de cobre é o c"todo.< medida que a pilha

funciona,aumenta a concentração do c"tion de (inco enquanto diminui a concentração

do c"tion de cobre.'s íons da ponte salina migram em sentidos opostos )ânion sulfato

para o compartimento andico e c"tion de sdio para o compartimento catdico*.'s

íons da ponte procuram manter a eletro neutralidade das soluç#es dos dois

compartimentos.

Confira o &'deo

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