o que são pilhas? -...
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O que são pilhas?
• Pilhas são sistemas em que a energia química se transforma espontaneamente em energia elétrica.
•Você sabe o que é um processo espontâneo?
Para as pilhas, os processos espontâneos e não-
espontâneos, recebem uma classificação:
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A oxidação e a redução
• Você ainda lembra o que é uma
oxidação e uma redução?
• Observe o esquema abaixo:
ECEBE
EDUZ
Podemos concluir que:
Quem elétrons,
E obviamente, quem cede elétrons,
oxida.
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Ordem de reatividade dos
metais
• Os metais são elementos que possuem
alta eletropositividade;
• Na presença de ametais, por exemplo,
apresentam forte tendência de doar
elétrons formando cátions;
• São elementos que sofrem oxidação;
• Se comportam como agentes redutores;
• Conclusão:
Um metal é mais reativo que outro
quando, perante a um ametal,
apresenta maior tendência de doar
elétrons ou maior eletropositividade.
Logo, temos que:
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• O que permite que uma
reação entre dois metais
aconteça, então, é o fato
de um aceitar mais
facilmente os elétrons
que o outro;
• No caso exemplificado
anteriormente, onde o
zinco era oxidado e o
cobre reduzido, o cobre
tem uma tendência de
receber elétrons maior
que o zinco e o
contrário não acontece;
• Este é um processo
espontâneo;
• O processo contrário
acontece apenas se
fornecermos energia
elétrica, mas aí não
seria uma pilha, pois o
processo seria não-
espontâneo.
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A Pilha de Daniell
• Sua pilha é diferente da de Alessandro Volta;
• A pilha de Daniell funcionava a partir de dois eletrodos interligados;
• O eletrodo de zinco é
constituído de uma
solução que contém
cátions de zinco e uma
placa metálica de zinco;
• Neste eletrodo ocorrem
os seguintes fenômenos:
• o zinco da placa doa 2
elétrons para o cátion
zinco da solução e se
transforma em Zn2+;
• o cátion zinco na
solução recebe 2 elétrons
doados pelo zinco
metálico e se transforma
em Zn0;
Podemos esquematizar
todo o processo com a
seguinte equação:
Zn(s) Zn2+(aq.) + 2e-
REDUÇÃO
OXIDAÇÃO
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• O eletrodo de cobre é
análogo ao de zinco, ou
seja, constituído de uma
placa de cobre e uma
solução com íons Cu2+;
• Os fenômenos que
acontecem neste eletrodo
de cobre são exatamente
iguais aos do eletrodo de
zinco, conforme o
desenho ao lado;
• Podemos estabelecer o
seguinte equilíbrio:
Cu(s) Cu2+(aq.) + 2e-
REDUÇÃO
OXIDAÇÃO
• Daniell percebeu que se interligasse estes dois eletrodos
feitos de metais diferentes, ele teria um fluxo de elétrons
do metal mais reativo para o metal menos reativo, em vez
de transferi-los para seus cátions na própria solução.
• Como o zinco é mais reativo que o cobre, a ligação dos
eletrodos produziria uma corrente no sentido do eletrodo
de zinco para o de cobre;
• Para evidenciar esta transferência de elétrons, basta
acoplar um aparelho adequado no caminho entre os dois
eletrodos.
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Cátodo e ânodo • Observe o esquema abaixo, de uma pilha de zinco
e cobre:
• Ânodo, ou pólo negativo da pilha: é o
eletrodo de onde saem os elétrons no qual
ocorre reação de oxidação;
• A semi-reação que ocorre no ânodo é:
• Cátodo, ou eletrodo positivo: é o
eletrodo para onde vão os elétrons, no qual
ocorre reação de redução;
• A semi-reação que ocorre no cátodo é:
Zn(s) Zn2+(aq.) + 2e-
Cu2+(aq.) + 2e- Cu0
(s)
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• Desta forma, temos que a reação global para o fenômeno será:
Zn(s) Zn2+(aq.) + 2e-
Cu2+(aq.) + 2e- Cu0
(s)
Zn(s) + Cu2+(aq.) Zn2+
(aq.) + Cu0(s)
Representação da pilha:
• A notação química da pilha de Daniell e dos
demais tipos de pilha é feita, por definição, pela
representação:
• Desta forma, a representação da pilha de zinco e
cobre acima indicada é:
Substância metálica cátion que cátion que substância metálica que sofre oxidação se forma sofre redução que se forma
Zn Zn2+ Cu2+ Cu
• Você observou que entre os dois eletrodos
existe um tubo em U que liga as cubas de
vidro?
• Você sabe o nome do tubo e para que serve?
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A Ponte Salina
• Em conseqüência dos fenômenos descritos na pilha de Daniell, teremos que:
• No ânodo: a placa de zinco diminui de massa ao mesmo tempo em que a concentração de cátions zinco em solução aumenta.
• No cátodo: a placa de cobre aumenta de massa ao mesmo tempo em que a concentração de cátions cobre em solução diminui.
• Considerando estes fatos, o que aconteceria se não houvesse uma ponte salina?
• A função da ponte salina é permitir a migração de
íons de uma solução para a outra, de modo que o
número de íons positivos e negativos da solução de
cada eletrodo permaneça em equilíbrio.
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• A força eletromotriz de
uma pilha é diretamente
proporcional à
intensidade de corrente
elétrica produzida por
essa pilha;
• Quanto menor o
potencial-padrão de
redução, maior a
capacidade que o metal
possui em doar elétrons e
vice-versa;
• Quanto menor o
potencial-padrão de
oxidação, maior a
capacidade que o cátion
possui em receber
elétrons e vice-versa;
• Portanto, considerando que na pilha de zinco e cobre teremos uma ponte salina de cloreto de potássio (KCl):
• Migração de íons negativos, cloreto (Cl-), para o eletrodo de zinco, por causa do aumento de íons Zn2+ em
solução;
• Migração de íons positivos, potássio (K+), para o eletrodo de cobre, por causa do aumento de íons Cu2+ em
solução;
• Fatores que influenciam na ddp de uma pilha:
• Concentração da solução;
• Temperatura.
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Pilhas Secas e Acumuladores • A pilhas até agora mostradas tem apenas aplicação
científica, pois não são práticas para o uso diário;
• Existem pilhas de outros tipos, de uso mais prolongado e
maior utilidade;
Pilha seca de Leclanché • Desenvolvida por volta de 1866;
• Reação irreversível;
• Baixa geração de ddp (1,5V);
• Reações complexas;
• Ânodo: oxidação do zinco metálico;
• Cátodo: redução do manganês;
• Elétrons conduzidos pela barra de
grafita;
• O complexo tetra-amin-zinco;
• Ampla utilização em aparelhos
domésticos;
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Pilhas alcalinas
• Possuem uma base ao invés de um ácido como
eletrólito;
• Tipos: ferro-níquel, prata-zinco, mercúrio-zinco, zinco-
manganês, níquel-cádmio;
• Possuem rendimento de cinco a oito vezes maior que
uma pilha comum;
• Não apresenta problema de formação de amônia;
• Possuem voltagem constante;
Pilhas de mercúrio-zinco
• Conhecida como pilha de Ruben-Mallory;
• Zinco metálico no ânodo;
• Óxido de mercúrio II no cátodo;
• São mais duráveis e eficientes;
• Voltagem de 1,35 V;
• Utilizada em relógios, calculadoras, máquinas fotográficas,
agendas telefônicas, etc...
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Pilha de lítio-iodo
• Desenvolvida pela Catalyst Reasearch Corporation, USA;
• Utilizada em marca-passo cardíaco;
• Ânodo de lítio metálico;
• Cátodo de um complexo de iodo;
• Voltagem de 2,8 V;
• Funciona por até dez anos continuamente;
Acumuladores ou baterias • São pilhas ligadas em série;
• Geração de ddp depende da quantidade de pilhas;
Bateria de automóvel
• Composta de 6 pilhas de 2V;
• Ânodo: oxidação de chumbo
metálico em cátion chumbo
II;
• Cátodo: redução do cátion
chumbo IV em chumbo II;
• Reação é reversível;
• Alternador do carro
recarrega a bateria;
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•Ácido sulfúrico é consumido,
diminuindo a densidade da solução;
• A densidade da bateria carregada é de
2,80 g.cm-3;
• A densidade inferior a 1,20 g.cm-3 a
bateria está descarregada;
Bateria de níquel-cádmio
• Eletrodos imersos em uma solução de KOH;
• Ânodo de cádmio metálico;
• Cátodo de níquel metálico recoberto com óxido de níquel
hidratado;
• Apresentam voltagem constante de 1,4 V;
• Podem ser recarregadas até 4000 vezes;
• Emprego em aparelhos sem fio como telefones, barbeadores,
ferramentas e câmeras de vídeo.
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Implicações Ambientais • Poluição por metais
pesados; • As pilhas são jogadas no
lixo comum; • Ou vão para um aterro ou
para uma usina de compostagem;
• Nos aterros, os metais pesados, incorporados a chorume,
atingem o solo e os lençóis freáticos;
• Os lençóis atingem córregos e riachos o que acaba
incorporando os metais pesados na cadeia alimentar humana;
• Nas usinas, a pilha e o lixo giram no biodigestor por dois dias;
• Na saída do biodigestor, a malha que segura o lixo graúdo deixa
passar as pilhas abertas;
• Outros países requerem a entrega das pilhas antigas na compra
de novas;
• No Brasil já existe reciclagem de baterias de carro;
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Implicações Políticas e Sociais
• 152 milhões de pilhas comuns e 40 milhões de pilhas alcalinas por ano, só em São Paulo;
• Redução da qualidade de vida pela poluição das águas;
• Geração de crianças com defeitos causados por acúmulos de metais pesados no organismo;
• No Brasil não há aterros públicos apropriados para substâncias perigosas;
• Secretaria do Meio Ambiente quer responsabilizar os fabricantes pelo recolhimento de pilhas e baterias usados;
• Projetos vem fracassando no Congresso Nacional;
• Países de primeiro mundo, como Alemanha, incentivam o consumidor a entregar a pilha velha na compra de uma nova;
Implicações Econômicas
• Muitos produtos requerem o uso de pilhas comuns e
alcalinas, o que as torna um comércio muito lucrativo;
• Destino final de pilhas pode custar R$ 50 milhões
em multas para empresas;