Trabalho De Quimica

DESENVOLVIMENTO

PILHAS

• O que é uma pilha ?

A pilha é um dispositivo que aproveita a transferência de elétrons de uma reação de oxirredução para gerar corrente elétrica através de um condutor, isto é, ela converte energia química em energia elétrica.

• De onde vem a energia elétrica das pilhas?

Como a energia elétrica corresponde a um movimento de elétrons através de um meio condutor, as pilhas podem gerá-la aproveitando-se de uma transformação química de oxirredução em que as espécies oxidantes e redutora não ficam em contado direto.

DESENHO 1

• A primeira pilha.

A primeira pilha foi construída em 1800 pelo físico italiano Alessandro Volta (1745-1827).Era formada por um conjunto de placas em zinco e cobre, empilhadas alternadamente e separadas por cartões embebidas em solução de ácido sulfúrico. As placas de zinco eram o pólo negativo, e as de cobre, o pólo positivo.

A Royal Society de Londres construiu um dessas pilhas com 2 mil pares de placas, a qual permitiu que os cientistas ingleses Humphry Davy(1778-!829) e Michael Faraday(!791-1867) realizassem importantes pesquisas.

DESENHO 2

A pilha de Daniell

A pilha idealizada e construída pelo químico inglês John F. Daniell (1790-1845) era formada por uma barra de zindo mergulhada em uma solução de sulfato de zinco (eletrodo de zinco) e por uma barra de cobre mergulhada em solução de sulfato de cobre (eletrodo de cobre).

DESENHO 3

Essas barras eram unidas por um fio condutor e as soluções eram conectadas por um tubo de vidro em U, aberto nas extremidades e contendo gelatina saturada com um sal, chamado de ponte de salina (a gelatina torna o conteúdo semi-rígido). Vamos analisar as soluções e as barras dessa pilha em funcionamento, adaptando ao fio condutor uma lâmpada e um amperímetro:

DESENHO4

• A lâmpada acende, o que prova a existência de corrente elétrica (por convenção, o sentido da corrente é inverso ao do fluxo de elétrons);

• Após certo tempo, a barra de zinco diminui de tamanho e a de cobre torna-se maior( fica com massa maior);

• A solução de zinco fica mais concentrada e a solução de cobre fica mais diluída;

• O amperímetro acusa um fluxo de elétrons pelo circuito externo da barra de zinco para a de cobre.

Acompanhe a explicação de todo o processo:

• Átomos de zinco (Zn0) das barras metálicas passam para a solução na forma de íons Zn2+, deixando, cada um deles, dois elétrons na barra. Isso explica por que a barra de zinco se consome e a solução fica mais concentrada (mais rica em íons Zn2+):

DESENHO 5

• Os elétrons que ficam na barra de zinco “percorrem” o circuito externo (fio condutor) e “chegam” à barra de cobre. Isso explica o fluxo de elétrons responsável pelo acendimento das lâmpadas e que é acusada pelo amperímetro;

• Chegando à barra de cobre, os elétrons atraem os íons Cu²+ da solução, que se convertem em átomos de cobre (Cu0) e se depositam na barra. Isso explica por que a barra de cobre aumenta de tamanho e a solução fica mais diluída (mais pobre em íons Cu2+):

DESENHO 6

A soma das equações correspondentes às semi-reações fornece a equação química referente à transformação química da pilha:

DESENHO 7

À medida que a pilha funciona, há tendência de formação de:

• Excesso de íons Zn2+ no eletrodo de zinco, pois esses íons são ali produzidos;

• Excesso de íons SO2-4 no eletrodo de cobre, pois ali os íons Cu2+ são retirados da solução.

Em tese, esses excessos bloqueariam a pilha e ela deixaria de funcionar. Isso, entretanto, não ocorre, pois a presença da ponte salina permite o escoamento dos íons em excesso de uma solução para outra, mantendo o equilíbrio de cargas. (Em vez da ponte salina, pode-se usar uma parede porosa separando as soluções).

O conjunto formado pela barra metálica e pela solução de seus íons recebe o nome de eletrodo, sendo que:

• O eletrodo que emite elétrons (no qual ocorre oxidação) para o circuito externo é o ânodo e constitui o pólo negativo da pilha;

• O eletrodo que recebe elétrons (no qual ocorre redução) do circuito externo é o cátodo e constitui o pólo positivo da pilha;

DESENHO 8

OBS:

1- Cada eletrodo também é chamado de semicela (semicélula em meia-célula), e o conjunto completo que constitui a pilha é chamado de cela eletroquímica (ou célula eletroquímica, ou célula voltaica, em homenagem a Alessandro Volta, ou célula galvânica, em homenagem a Luigi Galvani).

2-A lupac recomenda que, na indicação de uma pilha, a representação do ânodo fique à esquerda. Assim, para a pilha de Daniell, tem-se: Zn0(S)/ Zn2+(aq)/ Cu0(S)

DESENHO 9

POTENCIAL E TIPOS DE PILHAS

• Potencial do eletrodo

Para estudarmos o potencial do eletrodo, vamos analisar a pilha de Daniell. Em cada eletrodo, ocorre o equilíbrio oxidação-redução. No eletrodo de zinco. Há deslocamento no sentido da oxidação, ou seja, o zinco (Zn0) perde elétrons, os quais fluem através do fio condutor e chegam ao eletrodo de cobre, onde são recebidos pelos íons de cobre II (Cu2+). No eletrodo de cobre, o equilíbrio é deslocado no sentido da redução.

DESENHO 10

A tendência a deslocar o equilíbrio em um dos sentidos foi denominada potencial do eletrodo (E). Assim, temos:

• Potencial de oxidação (Eoxid)- indica a maior tendência a deslocar o equilíbrio no sentido da oxidação;

• Potencial de redução (Ered)- indica a maior tendência a deslocar