PILHA DE DANIEL

.1 A pilha de Daniell

A primeira pilha de Daniell, construída em 1836, apresentava um esôfago de boi no lugar da ponte salina, com a finalidade de separar duas soluções salinas. Como a ponte salina é difícil de ser montada e o esôfago de boi é difícil de ser encontrado e seu manuseio é desagradável, o mais apropriado é a utilização de um recipiente de porcelana não-vitrificada (placa porosa), com a mesma finalidade. Como as velas dos filtros de água comuns são feitas deste material, o primeiro procedimento será serrar uma dessas velas, obtendo um copo de porcelana porosa.

3.2 Esquema da pilha de Daniell

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No compartimento da esquerda, temos uma placa de zinco metálico imersa em uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4 ( Zn²+ (aq) + SO4²− (aq)). No compartimento da direita, temos uma placa de cobre metálico imerso em uma solução de sulfato de cobre II (CuSO4 ( Cu²+ (aq) + SO4²− (aq)).

Os dois compartimentos (chamados de eletrodos) são ligados por um fio externo por onde irão circular os elétrons e por meio de uma ponte salina (esta pode ser substituída por uma membrana porosa).

3.3 Pilha em funcionamento

Uma vez fechado o circuito, o zinco começa a oxidar-se e os íons cobre a reduzirem-se. Os dois processos ocorrem simultaneamente, e podem ser representados como semi-reações de oxidação e redução. A equação global da pilha pode ser obtida somando as duas semi-reações, conforme ilustrado a seguir:

Zn (s) ( Zn²+ (aq) + 2e− semi-reação de oxidação

Cu ²+ (aq) + 2e− ( Cu (s) semi-reação de redução

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Zn (s) + Cu ²+ (aq) ( Zn²+ (aq) + Cu (s) equação global

Conforme representado no esquema da Pilha de Daniell, os elétrons gerados na oxidação do zinco circulam pelo fio externo e chegam até à placa de cobre. Os íons Cu ²+ presentes na solução, em contato com estes elétrons, irão sofrer redução.

Desse modo, à medida que a pilha funciona, a placa de zinco vai sendo gasta (diminui a massa – como a intensidade de corrente é pequena, essa diminuição não é tão pronunciada) e a concentração de íons Zn²+ em solução vai aumentando. Por outro lado, a placa de cobre vai tendo um (pequeno) aumento de massa e a concentração de íons Cu ²+ em solução vai diminuindo.

3.4 O papel da ponte salina

No início, antes de a pilha começar a funcionar, as duas soluções dos dois compartimentos são eletricamente neutras. No eletrodo da esquerda, a quantidade de cargas positivas (devido ao Zn²+) é igual à quantidade de cargas negativas (devido ao SO4²−) e, no eletrodo da direita, a quantidade de cargas positivas (devido ao Cu ²+) também é igual à quantidade de cargas negativas (devido ao SO4²−).

No entanto, à medida que a pilha começa a funcionar, devido à oxidação do zinco, a quantidade de Zn²+, em solução, vai aumentando. Para manter a neutralidade de cargas, os ânions contidos na ponte salina se deslocam para a solução. No eletrodo da direita, devido à redução do Cu ²+, a quantidade de cargas positivas vai diminuindo; para manter a neutralidade de cargas, cátions contidos na ponte salina se deslocam para a solução.

A neutralidade de cargas é fundamental para o funcionamento da pilha, pois, um acúmulo de cargas positivas no eletrodo da esquerda atrairia os elétrons (carga negativa) impedindo seu fluxo para o eletrodo da direita. Do mesmo modo, um acúmulo de cargas negativas no eletrodo da direita criaria uma barreira (cargas iguais se repelem) para o fluxo de elétrons neste sentido.

Resumindo – a função da ponte salina é manter a neutralidade de cargas nos dois eletrodos. Ânions vão para o eletrodo em que ocorre a oxidação e cátions para o eletrodo em que ocorra a redução. Isto permite o fluxo normal dos elétrons.

3.5 Convenções das pilhas

• Anodo – eletrodo em que ocorre o processo de oxidação e que fornece elétrons pelo circuito externo.

• Catodo – eletrodo em que ocorre o processo de redução e que recebe elétrons do circuito externo.

O anodo é o pólo negativo da pilha (-) enquanto o catodo é o pólo positivo (+).

Os elétrons fluem do anodo para o catodo por um fio externo.

Os ânions da ponte salina (NO3−) fluem na direção do anodo e os cátions (K+) fluem em direção ao catodo.

Anodo ( Pólo (-) ( Processo de oxidação

Catodo ( Pólo (+) ( Processo de redução

3.6 Representação de uma pilha

A IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) sugere uma maneira esquemática simplificada de representar uma pilha. Por exemplo, para pilha de Daniell, a representação ficaria da seguinte maneira:

Zn (s) | Zn²+ (aq) || Cu ²+ (aq) | Cu (s)

Do lado esquerdo, é representado a cemicela em que ocorre a oxidação (anodo) e, do lado direito, a cemicela em que ocorre a redução (catodo). A barra vertical ( | ) indica a fronteira que separa duas fases e a barra vertical dupla ( || ) indica a ponte salina ou uma membrana porosa.

4. Parte experimental

Em um béquer continha aproximadamente 50 mL de solução de sulfato de cobre, onde estava mergulhada uma lâmina de cobre. Dentro do béquer foi colocado 1 copo de porcelana não-vitrificada (placa porosa), feito com vela de filtro (mesma finalidade da ponte salina), contendo aproximadamente 50 mL de sulfato de zinco, onde estava mergulhada uma lâmina de zinco.

As duas lâminas estavam ligadas através de um fio externo em um multímetro, formando um circuito. Ligamos o multímetro, equipamento capaz de medir a voltagem da pilha, que resultou em 1,06 V.

Informações complementares: Os íons de cobre (Cu ²+) são responsáveis pela cor azul da solução. A lâmina de zinco sofre corrosão e passa a apresentar um depósito de metal avermelhado (Cu) em sua superfície. A intensidade da coloração azul da solução diminui significativamente,