Eletroquimica

Luigi Galvani (1737-1798) publicou em 1791 uma pesquisa em que ele havia dissecado uma rã e observado que quando dois metais diferentes entravam em contato com sua musculatura, ocorria à contração do mesmo. Galvani acreditava que os músculos da rã armazenavam a energia e os metais eram apenas condutores.

Porém, o físico Alessandro Giuseppe Anastasio Volta (1745-1827) não achava a explicação dada por Galvani plausível o suficiente, decidindo então realizar estudos sobre os mesmos. Após vários experimentos e observações realizadas Volta chegará a uma conclusão, à qual disse que eletricidade não se originava dos músculos do animal, mas sim do contato entre os metais distintos, e a rã apenas reagia a essa eletricidade externa. Notando também que ao ser utilizado o mesmo metal, os músculos do animal não se contraiam.

Volta havia realmente encontrado a explicação, e para comprovar sua teoria criou em 1800 a primeira pilha elétrica, que consiste em um dispositivo onde ocorre uma reação espontânea de oxirredução gerando corrente elétrica (de grosso modo seria a transformação de energia química em energia elétrica).

A pilha de Volta, também conhecida como pilha voltaica (ou ainda, pilha galvânica), é formada por discos intercalados de dois metais diferentes como prata e zinco, separados por discos de papelão umedecidos com uma solução salina, e com suas extremidades ligadas com um fio condutor externo.

Este dispositivo recebeu o nome de pilha pela sua estrutura, que realmente é uma pilha de metais e papelão empilhados em forma de coluna.

Alessandro Volta faleceu no dia 5 de março de 1827, mas deixou um grande legado científico para a humanidade. Seus estudos influenciaram outros estudiosos a aprimorarem o campo da eletricidade.

Já em 1836, o químico e meteorologista londrino John Frederic Daniell (1790-1845) construiu uma pilha diferente da até então conhecida na época: a pilha de Volta. Nesta nova pilha ele interligou dois eletrodos, que eram sistemas constituídos por um metal imerso em uma solução aquosa de um sal formado pelos cátions desse metal.

Um dos eletrodos, o eletrodo de cobre, era constituído de uma placa de cobre mergulhada em uma solução de sulfato de cobre (CuSO4). O outro eletrodo era o de zinco, constituído de uma placa de zinco mergulhada em uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4).

Esses dois eletrodos foram interligados por um circuito elétrico que continha uma lâmpada, pois era necessário um sistema que pudesse indicar o surgimento de corrente elétrica, sendo assim, caso a lâmpada acendesse seria a comprovação do funcionamento da pilha.

Além disso, havia uma ponte salina entre elas. Essa ponte era constituída de um tubo de vidro em forma de “U” invertido contendo uma solução aquosa concentrada de um sal bastante solúvel, como o cloreto de potássio (KCl(aq)), por exemplo. As extremidades do tubo são revestidas com um material poroso, como o algodão por exemplo.

John Daniell morreu em 13 de março de 1845, devido a um AVC (acidente vascular cerebral) durante uma reunião da Royal Society, da qual se tornou membro em 1813.

George Leclanché (1839-1882) foi um químico nascido em Parmain, França, inventor da pilha seca (também conhecida como pilha de Leclanché), é a precursora das pilhas modernas de uso tão diversificado. Estas pilhas geram uma D.D.P. de 1,5V e são extensivamente usadas em lanternas, rádios portáteis, gravadores e brinquedos. Ela também é chamada de pilha de zinco-carbono, pois um de seus eletrodos, o ânodo (polo negativo), é formado por um cilindro ou envoltório de zinco metálico que fica separado das outras substâncias químicas por meio de um papel poroso. Já o eletrodo positivo (cátodo) é uma barra central de grafita (carbono). Essa pilha ainda é chamada de pilha de zinco-dióxido de manganês porque a barra de grafita é coberta por uma camada de dióxido de manganês (MnO2), além de carvão em pó e uma pasta úmida formada por cloreto de amônio (NH4Cℓ) e cloreto de zinco (ZnCℓ2). Os cloretos mencionados são sais de caráter ácido e, por isso, a pilha de Leclanché recebe um último nome: pilha comum ácida.

.

Seu nome “Pilha seca” é dado pelo fato de não utilizar mais soluções aquosas em sua composição, mas não quer dizer que isso realmente significa que está pilha é realmente seca, já que, contém uma pasta úmida em sua composição.

A pilha de Leclanché não tem a capacidade de ser recarregada, pois no seu uso ocorre uma reação de redução que é irreversível, com isso a pilha cessa seu funcionamento quando não há mais o dióxido de manganês para ser consumido. De forma simplificada, as reações que ocorrem nessa pilha e que permitem o seu funcionamento podem ser descritas da seguinte forma:

No ânodo o zinco metálico oxida, perdendo elétrons:

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-

Já no cátodo o manganês presente na pasta interna recebe os elétrons (reduz), estes elétrons são conduzidos pela barra de grafita:

2MnO2(aq) + 2NH4+(aq) + 2e- → Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l)

Reação global:

Zn(s) + 2MnO2(aq) + 2NH4+(aq) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(g)

Observe que quando o manganês reduz, o dióxido de manganês se transforma em trióxido de manganês. Logo, quando todo o dióxido de manganês (MnO2) é convertido em trióxido (Mn2O3) de manganês, a reação não tem mais a possibilidade de ocorrer e a pilha cessa funcionamento, não sendo possível recarregá-la e usá-la novamente, visto que reação não ocorre no sentido inverso.

No entanto, a amônia (NH3(g)) formada no cátodo pode se depositar sobre a barra de grafita, dificultando a passagem dos elétrons e diminuindo a voltagem da pilha. Para voltar ao funcionamento normal, basta deixar a pilha em repouso fora do aparelho, pois o cátion zinco (Zn2+(aq)) formado no ânodo reage com a amônia, deixando a barra de grafita livre novamente. Além disso, colocar a pilha na geladeira também pode ajudar, pois a diminuição da temperatura favorece a solubilidade da amônia na pasta úmida da pilha, permitindo novamente o trânsito de elétrons, porém quando todo o dióxido de enxofre se converter em trióxido de enxofre a pilha não voltará mais a funcionar, não importando quanto tempo for deixada na geladeira.