AS PILHAS E A ELETROFLOCULAÇÃO

PILHAS E A ELETROFLOCULAÇÃO

INTRODUÇÃO

1.1. Pilhas

1.1.1 História das Pilhas

Tendo início em uma situação acidental, a primeira noção de pilha foi desenvolvida por Luigi Galvani em 1786. Durante experimentos em seu laboratório, ele observou contrações nos músculos de uma rã dissecada sempre que os tecidos do animal eram tocados por dois metais distintos.

Todavia, a teoria desenvolvida por Galvani para explicar esse fenômeno estava equivocada (ele dizia que os metais eram apenas condutores da eletricidade, e que a eletricidade estaria contida nos músculos da rã) e o conceito correto foi desenvolvido anos depois por Alessandro Volta. Ao realizar diversos experimentos Volta verificou que quando os metais eram os mesmos, as convulsões não eram originadas, e assim passou a defender que a eletricidade não se originava dos músculos da rã, mas sim dos diferentes metais e que os tecidos do animal é que conduziam essa eletricidade.

Em 1800, Volta criou a primeira pilha elétrica colocando um disco de cobre por cima de um disco de feltro embebido em uma solução de ácido sulfúrico e, por fim, um disco de zinco. O cobre, o feltro e o zinco tinham um furo no meio e eram enfiados numa haste horizontal, sendo assim conectados por um fio condutor (Figura 01) (FOGAÇA, 2018).

Figura 01 - Pilha de Volta

A pilha voltaica foi revolucionária, mas não tinha um longo período de duração. Assim em 1836 o inglês John F. Daniell inventou a famosa pilha de Daniell a partir de dois eletrólitos: sulfato de cobre e sulfato de zinco (Figura 02), tendo esta maior duração que a anterior (PORTAL SÃO FRANCISCO, 2018). As reações químicas que ocorrem nos referidos eletrodos são:

Cátodo: Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)

nodo: Zn(s) → Zn2+(aq)+ 2e-

Figura 02 - Pilha de Daniell

1.1.2. O que é uma Pilha?

A pilha se trata de uma mini-usina portátil, a qual transforma energia química em elétrica. Ela atua como uma “bomba de elétrons” que saem da parte negativa - ânodo - e vão para a positiva - cátodo - . A reação que ocorre em seu interior, é denominada de oxi-redução e durante a sua ocorrência há um fluxo constante de íons através de uma substância líquida ou pastosa (chamada de eletrólito).

As pilhas podem ser classificadas quanto ao meio físico em que ocorre as reações químicas. As que contêm eletrólitos líquidos são chamadas de pilhas úmidas, e as que são constituídas de uma substância pastosa, secas(PORTAL SÃO FRANCISCO, 2018).

Existem atualmente diversas pilhas comerciais, que variam entre si principalmente pelos seus eletrólitos (MANUAL DA QUÍMICA, 2018). As principais são:

Pilha comum (Leclanché): Produz uma ddp em torno de 1,5V, tem como ânodo uma placa de zinco metálico e como cátodo uma pasta com dióxido de manganês e cloreto de amônio. As aplicações são em necessidades cotidianas.

Reação de Oxi-redução: 2Zn + Mg4+ → 2Zn2+ + Mg

Pilha alcalina: Produz uma ddp em torno de 1,5V, tem como ânodo uma placa de zinco/cádmio ou outro metal e como cátodo uma pasta com variáveis óxidos de metais, contendo ainda a presença de cloreto de potássio. As aplicações são em necessidades cotidianas.

Pilha de Lítio e Iodo: Produz uma ddp em torno de 2,8V, tem como ânodo uma placa de lítio e como cátodo um complexo de iodo. As aplicações são mais específicas, tendo como exemplo aparelhos de marca-passo.

Reação de Oxi-redução: Li + [I(x)y] → Li[I(x)y]

Pilha de Mercúrio de Zinco: Produz uma ddp em torno de 1,35V, tem como ânodo uma placa metálica de zinco e como cátodo uma pasta com óxido de mercúrio. As suas aplicações são geralmente em relógios e calculadoras (MANUAL DA QUÍMICA, 2018).

Reação de Oxi-redução: 2Zn + Hg2+ → 2Zn2+ + Hg

1.1.3. Baterias

As baterias são um conjunto de pilhas interligadas de modo conveniente, dispostas em série ou em paralelo, para produzir a voltagem desejada. As baterias, assim como as pilhas, têm dois pólos, um positivo e outro negativo, os elétrons saem do pólo positivo e são recolhidos no pólo negativo e a eletricidade só é gerada quando os dois pólos estão em contato em um circuito fechado, como em uma aparelhagem (PORTAL SÃO FRANCISCO, 2018).

1.2. Eletrofloculação

A floculação é a aglutinação das impurezas, que são transformadas em flóculos maiores e mais pesados, por meio da adição de coagulantes, para que assim sejam separadas com maior facilidade do meio aquoso. Outra técnica que também é utilizada para gerar a aglutinação das impurezas é a eletrofloculação, que tem o mesmo efeito, todavia é gerada por reações de oxi-redução (FOGAÇA, 2018).

A técnica da eletrofloculação, consiste na produção de um agente coagulante gerado a partir da dissolução eletrolítica de ânodos de alumínio/ferro, produzindo espécies catiônicas que ao serem hidrolisadas formam o agente coagulante Al(OH)3/Fe(OH)2/3(Figura 03). Além da formação do agente coagulante, a eletroflotação gera microbolhas oxigênio e hidrogênio, as quais são responsáveis pela flotação dos coágulos formados (SENA, J.A. 2018). Esse processo tem grande relevância industrial, pois permite o reuso dos recursos hídricos, além de que ele é utilizado para o tratamento de água e efluentes em geral.

Figura 03 - Processo de eletrofloculação

2. DESENVOLVIMENTO

2.1. Como fazer uma Pilha?

O procedimento para “fazer” uma pilha é relativamente rápido, prático e pode ser feito com materiais encontrados em com muita facilidade. Para a pilha caseira desenvolvida utilizaram-se clips de papel comum, moedas de 5 centavos, fios condutores de eletricidade, pregos e limões. Basicamente o procedimento consiste em realizar 2 pequenos cortes em um limão, em um deles inserir o clip de papel (que atua como ânodo) e no outro a moeda de 5 centavos (que por ser de cobre atua