sl pilhas e baterias

Pilhas e Baterias

Moises Andr Nisenbaum

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.1.

SaladeLeituraPilhaseBaterias

Pilhas e Baterias

Sumrio

Introduo.............................................................................................. 4

Eletricidade bsica................................................................................... 4

Estrutura da matria e cargas eltricas............................................................ 4

Fora eletrosttica................................................................................... 5

Campo Eltrico....................................................................................... 8

Capacitor Leyden Jar............................................................................... 9

Diferena de potencial eltrico..................................................................... 10

Fontes de tenso..................................................................................... 11

Corrente eltrica..................................................................................... 13

Condutores e isolantes............................................................................... 16

Um exemplo.......................................................................................... 17

Lei de Ohm e resistncia eltrica.................................................................. 19

Energia Qumica....................................................................................... 20

Reaes de oxirreduo.............................................................................. 20

Pilhas e baterias...................................................................................... 22

Pilhas, baterias e a linguagem....................................................................... 22

.2.


Alguns fatos histricos da eletroqumica.......................................................... 23

Linha do tempo das pilhas e baterias.............................................................. 24

1800-Pilha de Volta Alessandro Volta............................................................. 24

1836-Pilha de Daniell John Frederic Daniell. 24

1839-Pilha de Grove William Robert Grove.. 25

1839-Clula de combustvel William Robert Grove.............................................. 25

1859-Gaston Plante Bateria de chumbo-cido................................................... 26

1866-Pilha de Ledanch Georges Ledanch.. 26

1899-Pilha de nquel cdmio Waldmar Jungner-................................................. 27

Dcadas de 1970 e 1990 Pilhas de ltio e ons de ltio........................................ 27

Clulas de combustvel a bateria do futuro..................................................... 28

Construindo uma pilha............................................................................... 28

Explicao do funcionamento das pilhas e baterias............................................. 31

Pilha de Daniell..................................................................................... 31

Mecanismo da transferncia de eltrons e ons numa pilha...................................... 34

Pilhas secas.......................................................................................... 35

Bateria de carro..................................................................................... 36

.3.


Potenciais qumicos................................................................................. 36

Consideraes finais................................................................................. 38

A questo ambiental................................................................................ 38

Eletroqumica s isso?............................................................................. 38

Referncias............................................................................................ 39

.4.


Introduo

Vamos acompanhar um dia comum de uma pessoa, o Joo. O dia comea, o despertador toca. Joo se

arruma, vai para a escola ouvindo seu MP3. O motorista d a partida no nibus e Joo embarca. No

caminho, observa seu relgio digital. Quando chega ao seu destino, observa um computador e confere

a hora dele com a de seu relgio. Na sada da escola, seu celular toca. Seu pai veio busc-lo de carro. Na

volta para casa, uma boa conversa ao som do rdio do carro.

O que h em comum entre os dispositivos presentes no dia de Joo? Qual a fonte de energia do

despertador, do MP3, do motor de arranque do nibus, do relgio digital, do computador, do celular,

do rdio do carro?

As pilhas e baterias fazem parte do nosso dia-a-dia, convivemos com elas. Nesse texto, iremos entrar no

mundo da qumica que fornece energia para as pilhas e baterias alimentarem nossos dispositivos.

Vamos, ainda, viajar pela histria e ver como grandes nomes da cincia construram, em conjunto e ao

longo do tempo, as teorias e os experimentos que serviram de base para toda a tecnologia das pilhas e

baterias que temos hoje.

Eletricidade bsica

Estrutura da matria e cargas eltricas

De que formada a matria? Talvez esse seja um dos mais antigos questionamentos do homem. O

modelo moderno que descreve a estrutura da matria, e que est de acordo com a maioria dos

experimentos, afirma que a matria formada por tomos. Existem tomos compostos por mais de 100

elementos que se ligam e formam tudo o que nos rodeia.

O tomo pequenssimo, seu dimetro da ordem de 10-10 m. Ele constitudo por partculas ainda

menores: os prtons, nutrons e eltrons. Os prtons e nutrons ficam concentrados na regio central

do tomo, enquanto os eltrons habitam o entorno do ncleo - uma regio chamada eletrosfera.

Por exemplo, o tomo de hlio possui em seu ncleo dois prtons e dois nutrons e, em sua eletrosfera,

dois eltrons. Os prtons, nutrons e eltrons so chamados de partculas subatmicas.

.5.


Figura 1: Representao do modelo moderno do tomo de hlio. O ncleo cerca de 100.000 vezes menor do que o tomo.

A imagem digital est disponvel para uso pblico segundo licena GNU Free Documentation License, verso 1.2 ou qualquer outra que posteriormente seja publicada por Free Software Foundation, em

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Helium_atom_QM.svg. Os dados do autor da imagem encontra-se em http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Yzmo.

De todas as interaes existentes em um tomo, a mais importante para a Qumica a interao eltrica.

As partculas que interagem eletricamente so aquelas que possuem carga eltrica. Diversos

experimentos cientficos comprovaram, no incio do sculo XX, a existncia das partculas subatmicas

e ainda mediram a carga eltrica e a massa delas. Um resumo dos dados experimentais apresentado

na tabela abaixo:

.6.


Partcula Sinal da carga eltrica Valor da carga eltrica (C)

Massa (kg)

Prton Positiva + 1,602 x 10-19 1,672 x 10-27

Nutron Neutra 0 1,675 x 10-27

Eltron Negativa - 1,602 x 10-19 9,109 x 10-31

Tabela 1

Da tabela, vemos que, em mdulo, as cargas do eltron e do prton so iguais. Um tomo sempre

neutro, de forma que o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons.

Se, por algum motivo, um tomo perder ou ganhar eltrons, ele passar a ser um on positivo ou

negativo, respectivamente.

Como a matria formada por tomos, normalmente toda a matria eletricamente neutra. Entretanto,

a matria pode ser eletrizada. Por exemplo, podemos eletrizar um CD de msica esfregando-o com um

guardanapo. Nesse processo de eletrizao, alguns eltrons do CD passam para o guardanapo de forma

que o CD fique positivamente carregado. O CD eletricamente carregado, atrai pedacinhos de papel.

Devido a sua pequenssima massa, o eltron a partcula subatmica que participa das reaes

qumicas, sendo transferido e/ou compartilhado entre os tomos.

Fora eletrosttica

A quantidade de carga de um objeto eletrizado poderia teoricamente ser medida contando quantos

eltrons esto faltando ou sobrando. Obviamente, essa tarefa humanamente impossvel, j que

tratam-se de bilhes de eltrons. Alm disso, historicamente, a carga eltrica foi descoberta bem antes

do eltron.

A maneira escolhida para mensurar a quantidade de carga de um corpo foi associ-la a seus efeitos,

medindo outra grandeza que tivesse relao com ela. O experimento do CD mostrou que corpos

carregados podem se atrair. A repulso eltrica tambm comprovada experimentalmente, de modo

que:

Cargas opostas se atraem e cargas de mesmo sinal se repelem.

.7.


Por volta de 1780, o cientista francs Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) realizou meticulosos

experimentos para medir a fora eltrica. Ele comprovou que a fora eltrica inversamente

proporcional ao quadrado da distncia entre os corpos carregados. Exatamente o mesmo

comportamento da fora gravitacional. A semelhana entre as foras gravitacional e eltrica muito

grande. Assim como a fora gravitacional depende da massa, a fora eltrica depende da carga dos

objetos envolvidos. A fora eltrica pode ser calculada assim:

Figura 2: Fora Eltrica calculada atravs da Lei de Coulomb. No vcuo, k = 9,0 x 109 N.m2C-2

A imagem digital est disponvel para uso pblico pela Wikimedia Commons, um acervo de contedo livre da Wikimedia Foundation e para licena Creative Commons atribuio compartilhada 3.0, em

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:CoulombsLaw.svg. Os dados do autor da imagem encontra-se em http://en.wikipedia.org/wiki/User:Dna-webmaster.

Em homenagem a esse cientista, a unidade de carga eltrica do Sistema Internacional o Coulomb (C).

Escolhendo o experimento adequado, a Lei de Coulomb pode ser utilizada para definir carga eltrica

(que no pode ser diretamente medida) em funo da fora eltrica (que mensurvel atravs, por

exemplo, de um dinammetro).

.8.


De posse do valor da carga eltrica de um objeto, podemos determinar quantos eltrons ele perdeu ou

ganhou durante a eletrizao. Como a carga eltrica do eltron qe = 1,6 x 10-19 C, a carga de n eltrons

ser:

Q = n.qe

Ento, qual deve ser a carga de um objeto que possui 1,0 x 108 eltrons em excesso?

Campo eltrico

Podemos encarar as foras eltricas sob outro ponto de vista. Podemos dizer que um objeto carregado

gera em torno de si um campo eltrico. Se por acaso outro objeto carregado com carga q entrar em um

campo eltrico de intensidade E, ele sofrer ao de uma fora eltrica Fel.

Figura 3

O campo eltrico definido em funo da fora e carga desse objeto abandonado:

Fel = q.E E = Fel/q

A unidade SI do campo eltrico o Newton por metro (N/m).

.9.


Capacitor Leyden Jar

As transformaes qumicas em geral envolvem eltrons. Sendo assim, natural que a eletricidade

desempenhe um papel muito importante nas investigaes qumicas. medida que os processos de

eletrizao foram ficando mais sofisticados, foi surgindo a necessidade de se desenvolver dispositivos

de armazenamento de carga eltrica. Uma vez armazenadas, as cargas poderiam ser utilizadas em

experimentos qumicos. Os primeiros acumuladores utilizados nesse sentido foram os capacitores que,

na maioria das vezes, consistem em placas metlicas paralelas, separadas por um isolante.

Figura 4: Os capacitores utilizam a polarizao das molculas do isolante para aumentar a quantidade de carga que pode ser acumulada.

A imagem digital est disponvel para uso pblico pela Wikimedia Commons, um acervo de contedo livre da Wikimedia Foundation, em http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Dieletrico.png.

Em 1744, o cientista holands Pieter van Musschenbroek (16921761) inventou um tipo de capacitor

que se tornaria o preferido dos qumicos da poca, o Leyden Jar - nomeado assim em homenagem

Universidade de Leyden, onde trabalhava.

Voc poder visualizar a figura que representa o Leyden Jar em http://en.wikipedia.org/wiki/File:Leyden_jar_cutaway.png

.10.


O Leyden Jar consiste em um jarro de vidro com uma folha de metal A no exterior, geralmente ligada

terra, e outra folha de metal B no interior do jarro, ligada a uma haste metlica. O processo de carga

consiste em conectar a haste a uma fonte de eletricidade esttica.

Diferena de potencial eltrico

Diferena de Potencial (DDP), tenso eltrica e voltagem so sinnimas e esto relacionadas com a

capacidade de produo de energia eltrica por fontes como pilhas e baterias. Por exemplo, a voltagem

da pilha de rdio de 1,5V e a da bateria de automvel de 12V.

A unidade SI da DDP o Volt, em homenagem ao fsico italiano Alessandro Volta, inventor da pilha.

Se tomarmos uma regio onde existe campo eltrico, poderemos associar a cada ponto do espao uma

quantidade chamada de potencial eltrico. A DDP a diferena entre os potenciais eltricos de dois

pontos.

Figura 5

Um campo eltrico pode ser gerado entre duas placas paralelas carregadas com cargas opostas (reveja

a figura 4B). Uma situao semelhante ocorre quando colocamos um slido (fase 1) em contato com um

lquido (fase 2). O contato entre essas duas fases possibilita a transferncia de eltrons de uma fase para

outra, gerando um campo eltrico na interface e, consequentemente, uma diferena de potencial entre

as duas fases.

.11.


Normalmente, a voltagem da interface muito pequena. Entretanto, se as duas fases forem um metal e

um eletrlito (por exemplo, cido ou sal de cozinha dissolvido em gua), a voltagem ser bastante

significativa. As pilhas e baterias so dispositivos que tornam possvel a utilizao dessas voltagens em

circuitos externos.

Fontes de tenso

As fontes de tenso, tambm chamadas de fontes de Fora Eletromotriz (fem), podem ser, por exemplo:

pilhas, baterias, geradores mecnicos e clulas solares.

Representamos esquematicamente uma fonte de tenso assim:

Figura 6: Representao esquemtica de uma fonte de fem. V o valor da voltagem da fonte. O trao maior o polo positivo da fonte e o trao menor, o polo negativo.

Voc poder visualizar a figura que representa DDP formada na interface entre duas fases em

http://en.wikipedia.org/wiki/File:DLinterfacial.gif

Voc poder visualizar a figura que representa DDP formada na interface entre metal e eletrlito em

http://www.dcb-server.unibe.ch/groups/wandlowski/research/edl.html

V

+

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Fontes ligadas em srie tm uma tenso resultante igual soma das tenses individuais de cada fonte.

Normalmente, os aparelhos que usam mais de uma pilha as conectam em srie para obter uma maior

voltagem. Esse o caso tambm da bateria de 9V e da bateria de automvel.

A ligao em paralelo de pilhas e/ou baterias menos usual e tem por objetivo aumentar a potncia da

fonte, mantendo a voltagem de uma s pilha. Na prtica, a associao de pilhas feita segundo o

esquema a seguir:

Voc poder visualizar a figura que mostra diversos tipos de pilhas em http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Batterien.jpg.

Voc poder visualizar a figura que representa a bateria de 9V formada por 6 pilhas de 1,5V, ligadas em srie em

http://blog.makezine.com/archive/2007/01/whats_inside_a_9_volt_bat.html.

Voc poder visualizar a figura que representa a bateria de carro formada por 6 clulas de 2V em

http://www.carbasics.co.uk/how_to_charge_car_battery.htm

.13.


Figura 6: Pilhas associadas em paralelo (em cima) e em srie (embaixo).

Corrente eltrica

Um aparelho eltrico funciona porque est sendo percorrido por corrente eltrica. Podemos notar isso

atravs de seus efeitos. A tabela abaixo mostra alguns aparelhos eltricos e os respectivos efeitos

macroscpicos da corrente eltrica.

Dispositivo Efeito da corrente eltrica Chuveiro eltrico Trmico (efeito Joule) Lmpada fluorescente Luminoso, trmico Motor eltrico Magntico

Tabela 2

A intensidade da corrente eltrica medida atravs de seus efeitos. Por exemplo, podemos avaliar

qualitativamente a intensidade da corrente que atravessa uma lmpada atravs de sua luminosidade.

Quando uma lanterna est fraca, sinal de que as pilhas esto gastas e, consequentemente, a

corrente que atravessa a lmpada ser menor do que a normal. Os ampermetros medem a intensidade

da corrente eltrica. O ponteiro de um ampermetro analgico movido pela fora magntica de seu

.14.


eletrom. O ampermetro digital possui um dispositivo que converte corrente eltrica em nmeros

mostrados no display.

Figura 7: O galvanmetro se utiliza do efeito magntico da corrente eltrica. a base dos instrumentos eltricos analgicos, dentre eles, o ampermetro.

A imagem digital est disponvel para uso pblico segundo licena GNU Free Documentation License, verso 1.2 ou qualquer outra que posteriormente seja publicada por Free Software Foundation e para licena Creative

Commons atribuio compartilhada 3.0, em http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galvanometer_scheme.png. Os dados do autor da imagem encontra-se em http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Panther.

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Figura 8: O multmetro digital possui um circuito chamado conversor analgico digital que converte corrente eltrica em nmeros.

A imagem digital est disponvel para uso pblico pela Wikimedia Commons, um acervo de contedo livre da Wikimedia Foundation e para licena Creative Commons atribuio compartilhada 2.5, em

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Digital_Multimeter_Aka.jpg.

Microscopicamente, quando um aparelho percorrido por uma corrente eltrica, ele atravessado por

um fluxo ordenado de cargas eltricas e a intensidade da corrente (I) definida como sendo a

intensidade desse fluxo, ou seja, a quantidade de carga que atravessa o aparelho na unidade de tempo.

I=Q/t

A unidade de intensidade de corrente eltrica do Sistema Internacional o Ampre (A), em

homenagem ao fsico francs Andr-Marie Ampre (1775 1836) responsvel por diversos estudos

importantes em eletromagnetismo. Um Ampre corresponde ao fluxo de um Coulomb em um

segundo:

1A=1C/s

.16.


O sentido da corrente eltrica definido como sendo do lo positivo para o lo negativo da fonte de

tenso, ou seja, do maior para o menor potencial. Sendo assim, os portadores de carga positiva se

movimentam no mesmo sentido da corrente eltrica e os portadores de carga negativa no sentido

oposto ao da corrente eltrica.

Condutores e isolantes

De nossa experincia diria, conhecemos alguns materiais que compem os bons condutores de

eletricidade e os isolantes. Veja a tabela abaixo:

Material Compe Condutor ou isolante?

Metais Fios eltricos Condutor

Plstico Fios eltricos Isolante

Algodo Linha de pipa Condutor para altas tenses e isolante para baixas tenses.

Sais dissolvidos em gua

Lquidos do corpo humano Condutor

Cermica Vela de automvel Isolante

Tabela 3

Microscopicamente, o que diferencia o condutor do isolante que, no primeiro, os portadores de

cargas esto livres, e no segundo, no. Por exemplo, nos metais, os eltrons so livres para se

movimentar. J na cermica que compe a vela dos automveis, os eltrons esto fortemente ligados e

no ficam disponveis para transportar corrente eltrica. Um isolante submetido a uma tenso eltrica

muito alta pode ter seus eltrons arrancados de sua estrutura e tornar-se um condutor. o caso da

linha de pipa em cabos de alta tenso.

A condio para que um lquido ou gs conduza eletricidade a mesma dos slidos: cargas livres. Os

metais no estado gasoso e lquido possuem ainda eltrons livres e conduzem eletricidade atravs

desses portadores de carga. Mas, e a gua, boa condutora de eletricidade? E o ar?

Para que um gs como o ar conduza eletricidade preciso que esteja ionizado. Isso acontece quando

altas tenses so aplicadas a ele, por exemplo, no caso das lmpadas neon e dos relmpagos.

A gua livre de impurezas um pssimo condutor de eletricidade. Isso porque os ons que existem na

gua so em pouqussima quantidade. Entretanto, s salpicar um pouquinho de sal de cozinha na

gua para que a soluo, assim formada, conduza eletricidade.

.17.


O principal componente do sal de cozinha o cloreto de sdio (NaCl), que na forma slida isolante. J

em meio aquoso, os ons Na+ e Clse dissociam, tornando-se assim portadores de carga livres da

soluo. Processos semelhantes acontecem com outros sais, com cidos e bases dissolvidos em gua.

Por exemplo, o vinagre contm cido actico dissolvido em gua, por isso conduz eletricidade. A soda

custica, mesmo slida, absorve a umidade do ar e pode conduzir eletricidade. As solues que

possuem ons livres so chamadas de solues eletrolticas.

Figura 9: A corrente eltrica atravessa dois tipos de condutores: o metal dos fios e a soluo eletroltica.

Um exemplo

Vamos agora estudar um exemplo de aplicao dos conceitos estudados at agora. Considere uma

soluo de sulfato de cobre (CuSO4(aq) ) sendo percorrida por uma corrente eltrica de 1,0 A. Sabendo

que os ons do sulfato de cobre dissociados so Cu2+ e (SO4)2-, quantos ons de cobre iro atravessar a

soluo em 1 segundo?

.18.


Figura 10: Uma fonte de tenso ligada a eletrodos dentro de uma soluo de CuSO4.

Soluo:

Pela definio da unidade ampre, sabemos que uma carga Q = 1C atravessa a soluo em 1 segundo.

Pela informao dada, sabemos que cada on de cobre carrega carga correspondente a 2 eltrons, ou

seja, 2 x 1,6 x 10-19 C = 3,2 x 10-19 C .

Sendo assim, podemos fazer uma regra de trs:

1 on de cobre -------------------------- 3,2 x 10-19 C

N ons de cobre ------------------------ 1 C

N = 3,1 x 1018 ons de cobre.

Observe que para medir a intensidade da corrente e o tempo utilizamos o ampermetro e o relgio,

instrumentos macroscpicos atravs dos quais obtemos informaes microscpicas, isto , o nmero

de minsculos ons que atravessaram a soluo.

.19.


Lei de Ohm e resistncia eltrica

Considere um resistor ligado a uma fonte. O que acontece com a intensidade da corrente eltrica se

variarmos a tenso eltrica?

O fsico alemo Georg Simon Ohm (1789 1854) foi um dos primeiros a responder a essa pergunta

utilizando o mtodo cientfico. Publicou seus resultados em 1927.

dado experimental que a relao entre tenso (V) e intensidade da corrente (I) linear para a maioria

dos condutores1. E a constante de proporcionalidade foi chamada de resistncia eltrica (R). Esta a

expresso da Lei de Ohm:

Em homenagem a George Ohm, a unidade SI de resistncia eltrica o Ohm ().

Muitas vezes, em medies eltricas de condutores, prefervel utilizar a condutncia eltrica (G) que o

inverso da resistncia eltrica:

G = 1/R = I/V

A unidade SI da condutncia o Siemens (S).

A condutncia de uma soluo eletroltica depende da concentrao do eletrlito. Por exemplo, quanto

mais sal de cozinha for colocado na gua, maior ser a condutncia da soluo. Microscopicamente,

temos: quanto mais ons livres, maior ser a condutncia. Esse aumento de condutncia limitado pela

solubilidade do sal.

Outro fator que influi na condutncia e, consequentemente, na resistncia eltrica dos condutores a

sua geometria. Por exemplo: quanto maior a espessura de um fio de cobre, maior ser a sua

condutncia. Aumentando o seu comprimento, a condutncia diminuir.

A resistncia eltrica converte a energia eltrica em calor (efeito Joule). As pilhas e baterias possuem

uma resistncia interna (da ordem de 10-3 ohms), por isso elas podem esquentar em funcionamento.

1Os condutores que no possuem resistncia eltrica constante so chamados de no lineares ou no hmicos.

V=R.I

.20.


Energia qumica

Com certeza, muitas pessoas j se perguntaram: como pode uma pilha gerar energia eltrica? A pilha

um depsito de energia eltrica?

Na verdade, pilha ou bateria um sistema que, atravs de um fenmeno qumico, realiza a

transformao de energia qumica em energia eltrica, isto , realiza uma reao qumica de oxidao-

reduo (oxirreduo), na qual ocorre a movimentao de eltrons por um circuito eltrico externo.

Portanto, antes de tratarmos das pilhas e baterias, precisamos introduzir dois conceitos. O primeiro o

conceito de energia qumica, e o segundo, de reao de oxirreduo.

Podemos entender o conceito de energia qumica como a energia potencial resultante da configurao

estrutural dos tomos ou molculas, ou seja, a energia que est armazenada nos tomos ou nas

molculas e que modificada quando acontece uma reao qumica. Como consequncia desse

conceito, podemos estabelecer que ao modificarmos a configurao estrutural das substncias

qumicas teremos uma alterao no contedo energtico das novas substncias formadas.

Importante ressaltar que a energia qumica pode ser transformada em diversos outros tipos de energia:

trmica, luminosa e eltrica.

Para nossa abordagem, vamos focar na transformao da energia qumica em energia eltrica. Portanto,

devemos considerar que pilhas e baterias so dispositivos com capacidade de armazenar energia

qumica, que ser transformada em energia eltrica.

A pergunta que nos ocorre agora : como realizada essa transformao de energia qumica em

energia eltrica?

Para responder a essa pergunta devemos recorrer ao segundo conceito, que trata de reao de

oxirreduo.

Reaes de oxirreduo

As reaes de oxirreduo esto presentes em toda parte: quando voc respira, quando as plantas

realizam fotossntese, quando uma chama queima, quando um metal enferruja e em muitas outras

situaes. As reaes de oxirreduo englobam uma classe de reaes qumicas nas quais ocorre

transferncia de eltrons de uma espcie para a outra. Assim, em uma reao de oxirreduo sempre

ocorre perda de eltrons por uma espcie e, simultaneamente, ganho de eltrons por outra. um fluxo

de eltrons. Uma corrente eltrica! Nos processos de respirao, combusto, corroso e outros, essa

corrente eltrica flui internamente. Ao contrrio, nas pilhas e baterias criado um caminho externo para

a passagem da corrente eltrica no qual podemos conectar, por exemplo, aparelhos eletroeletrnicos.

.21.


Os fenmenos envolvidos so identificados da seguinte forma: a espcie que perde eltrons sofre

oxidao e aquela que ganha eltrons sofre reduo.

Mas, por que afinal os eltrons iriam migrar de uma espcie para outra? E alm disso, os tomos e

molculas so neutros. Qual o motivo para eles se ionizarem na ausncia de uma fonte externa?

Vamos pensar em termos energticos para responder a essas perguntas, fazendo analogia com a

gravidade. Imagine uma esfera de ao rolando sobre uma superfcie que contm um vale. A esfera

rolar at a regio mais baixa, buscar o ponto de menor energia potencial. Esse apenas um exemplo

de um princpio fundamental da natureza: os sistemas buscam o estado de menor energia possvel.

Mas, nesse caso, somente a fora gravitacional est envolvida. Vamos sofisticar um pouco nosso

experimento imaginrio, colocando um m na boca do vale. A esfera que estava em equilbrio no

fundo do vale encontrar um novo ponto de equilbrio, um pouco acima. Se no estivssemos vendo o

m, iramos achar que a esfera parada em uma posio diferente do fundo do vale seria muito

estranho, mas saberamos que alguma coisa - no caso o campo magntico - deslocou o ponto de

equilbrio para outro lugar.

Voltando agora Qumica, se dependesse apenas do campo eletrosttico, os tomos e molculas

seriam sempre neutros. Acontece que, nas reaes qumicas, outra energia entra em jogo: a energia

qumica. Nos processos qumicos de oxirreduo, para achar uma situao de equilbrio do sistema

temos de levar em conta as energias eletrosttica e qumica.

O estudo da qumica das reaes de oxirreduo introduz o conceito de nmero de oxidao, que est

relacionado a esse equilbrio. Quando ocorrem reaes de oxirreduo, o nmero de oxidao das

espcies envolvidas sofrer uma variao. O nmero de oxidao um nmero inteiro convencional

atribudo a cada um dos elementos que fazem parte de um composto, com a inteno de comparar seu

ambiente eletrnico em relao ao mesmo elemento no estado neutro.

Vejamos um exemplo para melhor entendimento. Considere uma barra de zinco submersa em gua.

Os eltrons do zinco, em contato com a soluo, interagem de tal forma que a energia qumica do

sistema fica menor se o zinco sofrer oxidao.

Reao de Oxidao: Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

Entretanto, a quantidade de zinco oxidado muito pequena, pois, como a soluo fica positivamente

carregada, a energia eltrica impede a sada de mais ons positivos de zinco. O sistema atinge um ponto

de equilbrio que associa as energias qumica e eltrica.

O zinco metlico, que tem nmero de oxidao zero, tem tendncia de doar 2 eltrons, ficando com

nmero de oxidao 2 positivo, dando origem ao on Zn2+.

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Considere agora uma barra de cobre submersa em gua.

Dessa vez, a energia qumica do sistema fica menor quando o cobre sofre reduo.

Reao de Reduo: Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

Dessa vez, os eltrons do eletrodo do cobre migram para a gua, mas tambm no so em grande

quantidade, pois a soluo fica negativamente carregada.

Em termos de nmero de oxidao, o on cobre que, no nosso exemplo tem nmero de oxidao 2

positivo (Cu2+) , tem tendncia de receber 2 eltrons, ficando com nmero de oxidao zero, dando

origem ao cobre metlico.

Falamos em tendncia, pois a reao s ocorrer se doador e receptor existirem nas condies

necessrias para que se tenha o deslocamento dos eltrons de uma fase para a outra. Como veremos, as

pilhas e baterias fornecem essas condies.

Pilhas e baterias

Pilhas, baterias e a linguagem

A origem da palavra bateria anterior inveno da pilha de Volta. Quem introduziu o termo nos

estudos de eletricidade foi Benjamin Franklin, em 1748, referindo-se a uma srie de capacitores

conectados formando uma bateria (no sentido de conjunto).

O termo bateria foi extrapolado para a eletroqumica e usado hoje para identificar clulas voltaicas

interconectadas, como a bateria de automvel e a bateria de 9V .

O termo pilha normalmente usado para dispositivos que contenham apenas uma clula voltaica

como, por exemplo, as pilhas secas .

As pilhas e baterias so classificadas em primrias e secundrias. As primrias so aquelas que no

podem ser recarregadas, como as pilhas comuns e alcalinas. J as secundrias so as que podem ser

recarregadas, por exemplo, as baterias de carro e de celular.

.23.


Alguns fatos histricos da eletroqumica

Em 1780, o mdico e fsico italiano Luigi Galvani descobriu um efeito muito interessante durante a

dissecao de rs. Durante o processo de investigao cientfica, o anfbio era fixado atravs de um

gancho de lato. Ao tocar a perna da r com um bisturi de ferro ficou surpreso ao notar que a perna da

r j morta e dissecada se mexia! Galvani identificou que o efeito era eltrico e, para ele, a energia viria

da r, ou seja, tratava-se de eletricidade animal.

A conexo entre eletricidade e qumica teve incio em 1793, quando o fsico e matemtico italiano

Alessandro Volta (que era amigo de Galvani) interpretou corretamente o que estava acontecendo: a

eletricidade provinha do contato eltrico entre dois metais diferentes atravs de um eletrlito.

Em 1800, Volta inventou a primeira pilha eltrica. Antes dela, a energia eltrica era gerada por mquinas

eletrostticas e armazenada em capacitores que serviam depois como fontes de tenso eltrica. A carga

acumulada pelos capacitores no era muito grande e, portanto, sua autonomia era muito curta. A pilha

de Volta possibilitou que a eletricidade fosse usada em experimentos qumicos.

Tambm em 1800, Nicholson e Carlisle decompuseram a gua (H2O) em seus elementos hidrognio e

oxignio, atravs da eletrlise (fazendo passar uma corrente atravs de uma soluo eletroltica).

A implicao disso na poca foi estarrecedora. Foi possvel dizer que a gua era composta de duas

partes: uma positiva, com molculas de hidrognio; e outra negativa, com molculas de oxignio.

Estava explicada a causa da ligao qumica: atrao eltrica!

Por volta de 1812, o qumico sueco Jacob Berzelius, um estudioso dos elementos qumicos, props que

todos os tomos deveriam possuir carga. O hidrognio e os metais teriam carga positiva e os no metais

seriam negativos. Atravs da eletrlise, a fonte de tenso era colocada em oposio e poderia sobrepor

a atrao eltrica das molculas, decompondo-as. Apesar desse modelo ser limitado para os dias de

hoje, estava posto que qumica e eletricidade no podiam mais ser estudados separadamente.

Enquanto isso, o qumico ingls Humphry Davy descobriu, por volta de 1807, atravs da eletrlise,

diversos novos metais - em especial o sdio, potssio e metais alcalinos. Quem deu continuidade aos

trabalhos de Davy foi seu assistente, Michael Faraday, que veio a se tornar um dos maiores qumicos da

histria, e que atuou de maneira brilhante tambm na Fsica.

Na dcada de 1830, Faraday tratou a eletrlise de maneira quantitativa, prevendo com exatido a massa

dos elementos qumicos produzidos em funo da quantidade de eletricidade que atravessava a

soluo. Baseado nos trabalhos de Faraday e de outros fsicos, o grande fsico escocs James Clerk

Maxwell desenvolveu, na dcada de 1850, um slido aparato terico que explica todos os fenmenos

eletromagnticos clssicos. Sem dvida, um dos maiores trabalhos de toda a histria da Fsica,

comparvel apenas com os trabalhos de Newton.

.24.


Maxwell defendia a natureza corpuscular da eletricidade, que no era bem aceita na poca, quando

ainda se pensava que a eletricidade era um fluido. Somente no final do sculo XIX, com a descoberta do

eltron pelo cientista ingls J. J. Thomson, tomou forma o modo como vemos a eletricidade hoje.

Os tomos, molculas e toda a qumica moderna hoje baseada nos princpios da Mecnica Quntica

desenvolvida por Werner Heisenberg, Erwin Schrdinger e muitos outros na primeira metade do sculo

XX. Atravs da Qumica Quntica possvel explicar praticamente todos os fenmenos qumicos,

incluindo reaes e ligaes qumicas.

Linha do tempo das pilhas e baterias

As pilhas e baterias foram sendo desenvolvidas ao longo do tempo com a contribuio de diversos

cientistas. Somente a partir da descoberta de Volta, de que dois metais diferentes ligados eletricamente

por uma soluo eletroltica serviam como fonte de tenso, que se comeou a buscar pelos melhores

eletrodos que tornavam as pilhas e baterias mais eficientes e prticas.

1800 Pilha de Volta - Alessandro Volta

A pilha de Alessandro Volta consiste em metais de dois tipos separados por panos umedecidos em sal

ou cido fraco. Os discos de metal ficavam empilhados, por isso o nome pilha. Os primeiros metais

usados por Volta foram a prata e o zinco.

A voltagem fornecida pela pilha de Volta depende do nmero de elementos na pilha.

1836 Pilha de Daniell - John Frederic Daniell

Voc poder visualizar a figura que mostra a Pilha de Volta em http://pt.wikipedia.org/wiki/Pilha_de_Volta

Voc poder visualizar a figura que representa a Pilha de Daniell em http://en.wikipedia.org/wiki/File:Daniel_cell.png

.25.


A pilha de Daniell representou um grande avano tecnolgico para a poca, em relao pilha de Volta.

Ela foi desenvolvida por Daniell baseada nos princpios cientficos da Eletroqumica introduzidos por

Michael Faraday. Daniell descobriu que a pilha seria mais eficiente se fossem usados dois eletrlitos ao

invs de um s, como na pilha de Volta. Em geral, os eletrodos so compostos por um metal imerso em

uma soluo de seus prprios ons. A pilha de Daniell (de zinco e cobre) fornece uma voltagem de

aproximadamente 1,1V.

1839 Pilha de Grove - William Robert Grove

A pilha de Grove competia com a de Daniell na telegrafia. Os eletrodos escolhidos por Grove, zinco em

cido sulfrico e platina em cido ntrico, faziam com que a pilha fornecesse uma voltagem de 1,9V

(maior do que a de Daniell).

Entretanto, um dos produtos da reao qumica que acontece durante o funcionamento da pilha de

Grove o dixido de nitrognio gasoso (NO2) , nocivo sade. Alm disso, a voltagem caa

sensivelmente medida que a pilha descarregava.

1839 Clula de combustvel - William Robert Grove

No mesmo ano em que inventou a sua pilha de zinco e platina, William Grove desenvolve a primeira

clula de combustvel que considerada hoje por muitos a fonte de energia do futuro. Nas pilhas

comuns, quando os reagentes terminam, a pilha para de funcionar.

Voc poder visualizar a figura que representa pilha de Grove em http://en.wikipedia.org/wiki/File:Groove%27sches_Element.png

Voc poder visualizar a figura que representa a clula de combustvel de Grove em

http://en.wikipedia.org/wiki/File:1839_William_Grove_Fuel_Cell.jpg

.26.


Nas clulas de combustvel, os reagentes so fornecidos pilha como se fossem os combustveis da

reao (em analogia aos combustveis dos automveis, s que, nesse caso, no ocorre reao de

combusto). Enquanto houver combustvel, haver energia. A clula de combustvel de Grove utiliza o

hidrognio e o oxignio como combustvel e o produto da reao gua (H2O). A clula de Grove no

fornece voltagem suficiente para utilizao prtica.

1859 - Gaston Plant Bateria de chumbo-cido

Foi a primeira bateria recarregvel da histria. Seu uso inicial foi em sinalizaes ferrovirias, e hoje

largamente usado em automveis. Essa bateria utiliza o chumbo (Pb) e dixido de chumbo (PbSO4)

imersos em uma soluo de cido sulfrico (H2SO4). Repare que uma substncia composta usada em

um dos eletrodos. Cada clula da bateria gera 2V.

1866 Pilha de Leclanch - Georges Leclanch

A pilha Leclanch utiliza o zinco (Zn) e dixido de mangans (MnO2). A voltagem em seus terminais

varia de 1,4 a 1,6 volts.

Voc poder visualizar a figura que representa a pilha de chumbo-cido em

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Plante_lead_acid_cell.jpg

Voc poder visualizar a figura que representa a bateria de automvel em http://en.wikipedia.org/wiki/File:Photo-

CarBattery.jpg

Voc poder visualizar a figura que representa pilha de Leclanch em

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Leclanche_cell.gif

.27.


Ela foi a precursora da pilha seca desenvolvida por Carl Gassner, em 1887. A pilha seca a nossa atual

pilha comum e possui esse nome porque no utiliza eletrlito lquido. Se voc j viu uma pilha por

dentro, notou que ela possui uma gosma preta. Nela est, entre outras substncias, o dixido de

mangans. As pilhas secas comuns fornecem uma voltagem de 1,5V.

1899 Pilha de nquel cdmio - Waldmar Jungner

Foi a primeira pilha alcalina da Histria. Junger utilizou um meio alcalino (hidrxido de potssio - KOH)

no qual ficavam os eletrodos constitudos de nquel e cdmio. A pilha de Junger a base das primeiras

pilhas recarregveis portteis. Hoje so mais comuns pilhas semelhantes de nquel-metal (NiMH), que

possuem maior capacidade e so menos txicas. Essas pilhas fornecem uma voltagem de 1,2V.

Em 1955, a empresa Eveready desenvolveu as pilhas alcalinas no recarregveis que utilizamos at hoje.

Dcadas de 1970 e 1990 Pilhas de ltio e ons de ltio

As primeiras pesquisas utilizando metal ltio nos eletrodos de pilhas foram realizadas em 1912 por G.N.

Lewis. Entretanto, somente em 1970 elas foram comercializadas. As pilhas de ltio (no recarregveis)

so largamente utilizadas em relgios, computadores e outros dispositivos. A voltagem tpica dessa

pilha de 3V, o dobro das pilhas secas comuns.

Voc poder visualizar a figura que representa pilhas recarregveis de nquel-cdmio em

http://en.wikipedia.org/wiki/File:NiCd_various.jpg

Voc poder visualizar a figura que representa pilhas recarregveis de nquel-metal em

http://en.wikipedia.org/wiki/File:NiMH_2500mAh.jpg

Voc poder visualizar a figura que mostra uma pilha de ltio em http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Battery-lithium-cr2032.jpg

.28.


Clulas de combustvel a bateria do futuro

As clulas de combustvel modernas fornecem energia eltrica suficiente para vrias aplicaes. J

existem hoje prottipos de automveis alimentados por elas e a NASA as usa em suas naves espaciais.

Apesar de ser tecnicamente possvel o uso de outros combustveis, o mais largamente usado o

hidrognio e o oxignio, por produzirem como resduo a gua - inofensiva para o meio ambiente. Em

seu ciclo de funcionamento, o hidrognio gasoso (normalmente fornecido atravs de um tanque) entra

na clula e ionizado com auxlio de um catalisador. O on hidrognio segue seu caminho por dentro

da clula, enquanto seu eltron conduzido ao circuito externo, produzindo corrente eltrica. Aps

circular pelo circuito externo, os eltrons retornam clula e, juntamente com o oxignio gasoso

(normalmente obtido do ar), formam gua.

Os ambientalistas questionam a eficincia ecolgica de um uso macio de clulas de combustvel a

hidrognio j que, para a produo do hidrognio gs, consumida uma energia que provavelmente

vir de fontes no limpas.

Construindo uma pilha

Antes de entrarmos na parte terica do funcionamento da pilha, sugerimos que voc faa um

experimento simples: a montagem de uma pilha de limo.

O objetivo do experimento alimentar uma calculadora ou relgio digital atravs de duas pilhas de

limo.

Voc poder visualizar a figura que mostra uma bateria ons de ltio usada em celular em

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Lithium_Ion.JPG

Voc poder visualizar a figura que mostra uma clula de hidrognio em

http://inventors.about.com/od/sstartinventions/ss/Physics_Illustr_2.htm

.29.


Voc vai precisar do seguinte material:

- Dois limes;

- Dois pedaos de fio de cobre rgido de 4 mm2 de espessura;

- Dois pregos galvanizados;

- Uma calculadora ou relgio digital que funcione com uma pilha;

- Fios eltricos flexveis.

Procedimento:

1. Monte duas pilhas de limo enfiando o fio de cobre e o prego, conforme a figura abaixo:

Figura 11: Pilha de limo

.30.


2. Uma pilha apenas no fornece a voltagem necessria para alimentar a calculadora ou relgio. Conecte as pilhas em srie atravs dos fios eltricos, como mostrados na figura.

Figura 12: Conexo em srie das pilhas de limo

3. Por fim, conecte a calculadora ou o relgio digital s pilhas de limo.

Figura 13: Conexo ao relgio digital Figura 14: Conexo calculadora

.31.


Voc capaz de identificar qual o polo positivo e o negativo da pilha de limo?

Explicao do funcionamento das pilhas e baterias

Vamos agora retornar s reaes de oxirreduo para explicar o funcionamento das pilhas e baterias.

Usaremos como exemplo a pilha de Daniell, a pilha seca e a bateria de carro.

Pilha de Daniell

Se colocarmos uma placa de zinco metlico em uma soluo contendo ons de cobre (CuSO4, por

exemplo), notaremos aps um tempo que a placa de zinco sofre corroso, ocorrendo a formao de

cobre metlico precipitado, mudana na cor da soluo e o seu aquecimento.

O que ocorre uma reao de oxirreduo em que os eltrons do zinco fluem espontaneamente para os

ons de cobre, formando cobre metlico (slido). O zinco metlico, aps perder eltrons, passa para a

soluo na forma de ons Zn2+, por isso, observamos a sutil mudana de cor. A corroso se deve ao fato

do zinco sair do metal e ir para a soluo, deixando buracos na placa. O fluxo de eltrons de uma

espcie para outra uma corrente eltrica. O grande objetivo da construo das pilhas fazer com que

essa corrente eltrica atravesse um circuito externo, e que ela tenha mais utilidade do que simplesmente

gerar calor.

A pilha de Daniell cria as condies necessrias para que a reao de oxirreduo entre o zinco e o

cobre possa ocorrer mergulhando os eletrodos de zinco e cobre em solues contendo seus respectivos

ons, adicionando ao arranjo uma ponte salina (fonte de ons) e um fio condutor ligado a um circuito

externo. Construmos, assim, o que chamamos de clula voltaica. Como vimos, as clulas voltaicas

podem ser construdas com diversos eletrodos. A do nosso exemplo chamada de clula de Daniell,

fazendo referncia ao cientista e qumico ingls John Frederic Daniell, que a inventou em 1836.

.32.


Figura 16: Montagem experimental da pilha de Daniell.

Figura 15: Representao esquemtica de uma clula Voltaica de Daniell.

.33.


Vamos analisar agora cada um dos elementos constituintes da clula voltaica de Daniell.

Eletrodo de zinco

formado por uma soluo de sulfato de zinco (ZnSO42-) solubilizado em gua, na qual inserida uma placa de zinco metlico.

Eletrodo de cobre

formado por uma soluo de sulfato de cobre (CuSO42-) solubilizado em gua, na qual inserida uma placa de cobre metlico.

As reaes envolvidas

Semirreao de oxidao: Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Semirreao de reduo: Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) Reao global: Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

Aprendendo um pouco mais

ons: so espcies qumicas que perderam ou ganharam eltrons. Assim, temos: os ons carregados positivamente que perderam eltrons, denominados ctions; e os ons carregados negativamente que ganharam eltrons, chamados de nions.

Quer um exemplo? Quando voc dissolve cloreto de sdio (principal componente do sal de cozinha) em gua, ele ir se solubilzar gerando um ctio e um nion.

NaCl(s) solubilizado em gua Na+(aq) + Cl-(aq); Na+ o ction e Cl- o nion. Eletrodos: o eletrodo em que ocorre a reduo, ganho de eltrons, denominado de catodo e o polo positivo; enquanto o eletrodo em que ocorre oxidao, perda de eltrons, denominado anodo e o polo negativo.

No nosso esquema, o anodo o eletrodo de zinco, enquanto o catodo o eletrodo de cobre.

.34.


O processo

Ao conectarmos os dois eletrodos atravs do condutor metlico, a placa de zinco metlico ser

consumida na reao de oxidao, transferindo ons Zn2+ para a soluo aquosa de sulfato de zinco. J

os ons Cu2+ presentes na soluo aquosa sero reduzidos, dando origem ao cobre metlico que ser

depositado na placa do eletrodo de cobre.

Importante: a ponte salina, que completa o circuito, tem como funo manter o equilbrio de cargas nas

solues aquosas de sulfato de zinco e de sulfato de cobre, que alterada pela entrada de ons Zn2+ no

compartimento da esquerda e sada de ons Cu2+ no compartimento da direita.

O fluxo de portadores de carga

Os eltrons iro atravessar o condutor metlico no sentido do eletrodo de zinco para o eletrodo de

cobre, em funo da diferena de potencial existente entre eles (o fluxo de eltrons se dar do anodo

para o catodo). Caso o condutor metlico seja conectado a um voltmetro, ser registrada a diferena

de potencial da pilha.

Concluso

A diferena de potencial gerada entre os eletrodos da pilha pode ser aproveitada por um circuito

externo.

Voc capaz agora de responder s perguntas?

1) Como pode uma pilha gerar energia eltrica?

2) A pilha um depsito de energia eltrica?

Mecanismo da transferncia de eltrons e ons numa pilha

Pilha combinada = pilha de oxidao + pilha de reduo

.35.


Figura 17

Na pilha de oxidao 1Sn+2 (junto a 2Cl-) transfere 2 eltrons para 1Sn+4 (que deve estar junto a 4Cl-) .

Essa diferena de Cl- compensada pela passagem de 2 desses ons pela ponte salina, oriundos da

pilha de reduo.

Na pilha de reduo 2Fe+3 (junto a 6Cl-) recebem 2 eltrons e passam para 2Fe+2 (que devem estar

juntos a 4Cl-). Esse excesso de 2Cl- passa, pela ponte salina, para o Sn+2 contido na pilha de oxidao.

Em resumo: a cada 2 eltrons que migram pelo fio metlico, 2 Cl- retornam pela ponte salina fechando o

circuito. O fluxo de eltrons resultante a corrente eltrica.

Pilhas secas So constitudas basicamente de:

a) Basto de grafite (polo positivo);

b) Invlucro de zinco (polo negativo);

c) Mistura pastosa de MnO2 , NH4Cl , gua e amido (na parte mais interna, junto ao grafite);

d) Mistura pastosa de ZnCl2 , NH4Cl , gua e amido (na parte mais externa, junto ao zinco).

.36.


A principal reao qumica que ocorre na pilha seca :

Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl ZnCl2 + Mn2O3 + 2NH3 + H2O

Onde:

Polo negativo: Zno Zn2+ + 2e

Polo positivo: 2MnO2 + 2NH4+ + 2e Mn2O3 + 2NH3 + H2O

Bateria de carro A bateria de 12V um conjunto de 6 pilhas, de 2V cada, ligadas em srie.

Processos que ocorrem na descarga da bateria:

Semiequao de oxidao (Anodo):

Pb(s) + SO4-2(aq) PbSO4(s) + 2e- Semiequao de reduo (Catodo):

PbO2(s) + 4H+ + SO4-2(aq) + 2e- PbSO4(s) + 2H2O(l) Equao global:

Pb(s) + PbO2(s) + 4H+ + 2SO4-2(aq) 2PbSO4(s) + 2H2O(l) A reao inversa carrega a bateria:

Equao global:

2PbSO4(s) + 2H2O(l) Pb(s) + PbO2(s) + 4H+ + 2SO4-2(aq)

Potenciais qumicos

J vimos que metais diferentes podem gerar pilhas com voltagens diferentes. Ser que h como prever

qual ser a voltagem de uma pilha? Uma clula voltaica sempre formada por dois eletrodos, cada qual

construdo com substncias diferentes. A diferena de potencial entre os eletrodos a tenso fornecida

pela pilha. Foi estabelecido que o eletrodo padro de hidrognio fosse o eletrodo com potencial zero.

Assim, o potencial de outro eletrodo qualquer obtido medindo a DDP entre ele e o padro de

hidrognio.

.37.


Figura18: Eletrodo padro de hidrognio

A imagem digital est disponvel para uso pblico segundo licena GNU Free Documentation License, verso 1.2 ou qualquer outra que posteriormente seja publicada por Free Software Foundation e para licena Creative

Commons atribuio compartilhada 3.0, em http://en.wikipedia.org/wiki/File:Standard_hydrogen_electrode_2009-02-06.svg.

Os dados do autor da imagem encontra-se em http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Standard_hydrogen_electrode.jpg

1. Eletrodo de platina porosa.

2. Entrada do hidrognio gasoso.

3. Soluo cida.

4. Dispositivo que previne a interferncia do oxignio.

5. Conexo para outro eletrodo, o qual se deseja medir o potencial.

Atravs de experimentos com o eletrodo padro de hidrognio pode-se construir uma tabela de

potenciais padro de eletrodo para vrios eletrodos. Essa tabela pode ser consultada em anexo2. Para

ilustrar o uso da tabela, vamos calcular a voltagem da pilha de Daniell.

2Construiratabeladapgina:http://en.wikipedia.org/wiki/Table_of_standard_electrode_potentials

.38.


Potencial do eletrodo de Zn2+(aq) + 2e- -> Zn(s) = -0,76

Potencial do eletrodo de Cu2+(aq) + 2e- -> Cu(s) = 0,34

Clculo da DDP: V = 0,34 (-0,76) = 1,1V

Voc pode utilizar a tabela para determinar a voltagem de diversas pilhas.

Consideraes finais

A questo ambiental

O uso das pilhas e baterias em nosso dia-a-dia notvel. A popularizao desse tipo de dispositivo faz

com que estejam presentes em vrios dispositivos cotidianos. Entretanto, na maioria das vezes, seus

componentes so nocivos sade e ao meio ambiente. Usamos as pilhas e baterias para o nosso

conforto, mas devemos us-las de modo consciente e descart-las em locais adequados.

Eletroqumica s isso?

No. Apesar de o estudo das pilhas e baterias ter possibilitado o incio do casamento da Eletricidade

com a Qumica, a assim chamada Eletroqumica estuda uma srie de outros fenmenos interessantes. A

corroso e a eletrlise so alguns dos principais assuntos.

A corroso hoje um problema econmico mundial e o combate a ela fruto de diversos estudos

acadmicos e de Engenharia.

A eletrlise, que tem na figura de Michael Faraday o grande pioneiro, usada, por exemplo, como

princpio para extrao do alumnio, para galvanoplastia e, evidentemente, para muitas anlises

qumicas.

.39.


Referncias

ATKINS, Peter; JONES, Loreta. Princpios da Qumica. 3 Ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.

USBERCO, Joo; SALVADOR, Edgard. Qumica. vol. 2. 9 ed. So Paulo: Saraiva, 2005.

MOORE, John T. Qumica para leigos. Rio de Janeiro: AltaBooks, 2008.

Projeto Escola e Cidadania (PEC). Pilhas e baterias: energia empacotada, Editora do Brasil, Rio de Janeiro,

2000.

47 Referncias da Internet em: http://delicious.com/moisesandre/eletroquimica

sl pilhas e baterias

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