Pilha

1. Objetivo

A atividade prática realizada no laboratório de química no dia 25/05/2012 teve como objetivo principal a montagem da pilha de Daniell. A partir desse objetivo geral, também foi possível identificar outros objetivos específicos, a saber:

a) Observar uma reação de óxido-redução;

b) Verificar que a ligação de pilhas em série soma as voltagens;

c) Identificar os eletrodos de uma pilha (catodo e anodo);

d) Identificar os polos positivo e negativo de uma pilha.

2. Introdução

Uma pilha ou bateria é um dispositivo no qual uma reação química de óxido-redução produz energia elétrica. Esta reação química de óxido-redução pode ser entendida como aquela em que o Nox (número de oxidação) de pelo menos uma das espécies envolvidas no processo sofre alteração. Assim, quando o elemento tem seu Nox aumentado algebricamente, ele sofre oxidação. Se o elemento tem seu Nox diminuído algebricamente, ele sofre redução.

Diante destes conceitos, é possível compreender o funcionamento da primeira pilha construída em 1836, a pilha de Daniell. Como ideia central, o objetivo da pilha de Daniell foi o de separar duas soluções salinas através de uma ponte e verificar seu funcionamento através desemi-reações de oxidação e redução dos elementos químicos envolvidos no processo (sulfato de zinco e sulfato de cobre II), com consequente circulação de elétrons entre eles. Com o fechamento do circuito, as duas semi-reações ocorrem simultaneamente, desencadeando na oxidação da placa de zinco e na precipitação da placa de cobre.

Para manter o funcionamento da pilha é fundamental a neutralidade de cargas entre os elementos químicos envolvidos. Para isso, a ponte salina desempenha sua função mantendo esta neutralidade de cargas nos dois eletrodos, uma vez que ânions vão para o eletrodo em que ocorre a oxidação e cátions para o eletrodo em que ocorre a redução permitindo o fluxo normal dos elétrons.

3. Matérias e Métodos

Para a realização do experimento, foram utilizados os materiais e métodos conforme descritos abaixo.

3.1. Materiais e Reagentes Utilizados

1) 2Becker de 50ml

2)1 Becker de 250ml

3) 1 copo de porcelana

4) 1 LED vermelho (diodo emissor de luz)

5) 1piceta volume não declarado com aproximadamente 500ml de água deionizada

6) 1 placa de zinco 5x2 cm2

7) 1 placa de cobre 5x2 cm2

8) 50ml de solução CuSO4 1,0 mol L-1

9) 50ml de solução ZnSO4 1,0 mol L-1

10) 2 pontas de prova

11) 1 multímetro digital

3.2. Procedimento Experimental

Inicialmente, colocou-se a solução aquosa de zinco no Becker de 50ml e a solução aquosa de cobre no copo de porcelana. Este copo de porcelana, por sua vez, foi colocado dentro do Becker de 50ml contendo a solução aquosa de zinco. Em seguida, imergiu-se a placa de zinco na solução aquosa de zinco e a placa de cobre na solução aquosa de cobre. Com o auxílio de um multímetro, foi realizada a medida de tensão gerada pela pilha. Consecutivamente, foi ligado um LED à pilha e verificado seu funcionamento. Com a colaboração de um grupo, foi realizada a ligação em série de duas pilhas e verificado o potencial gerado. Novamente o LED foi ligado à pilha e observado seu acionamento. Este mesmo procedimento ocorreu com três, quatro e cinco pilhas ligadas em série, simultaneamente. Para cada ligação foi medido o potencial gerado e observado o funcionamento do LED.

3. Resultados e Discussão

Combatendo procedimento experimental, foi possível observar a reação de óxido-redução presente na pilha construída. Como resultado, no primeiro momento, obteve-se uma tensão de 1Vcc a partir da ligação de uma pilha. Com apenas esta tensão não foi possível acender o LED que foi ligado à pilha. Ao realizar a ligação em série de duas pilhas, a tensão encontrada foi de 2,15Vcc e o LED, neste momento, acendeu. Isso porque a tensão necessária para seu acionamento é de pelo menos 2Vcc. Ligando três pilhas em série, como resultado obteve-se uma tensão de 3,23Vcc e o LED também acendeu. Ligando quatro pilhas em série, encontrou-se 4,23Vcc e o LED continuou a acender. Por fim, ligando cinco pilhas em série a tensão encontrada foi de 5,27Vcc e o LED também acendeu.

Diante dos resultados, foi possível observar a transferência de elétrons entre as soluções, acarretando na corrente elétrica necessária para o acendimento do LED e o funcionamento da pilha. A placa de Zinco perdeu elétrons, uma vez que se desgastou e a solução aquosa de Zinco diminuiu. Assim, neste espaço, o Zinco desempenhou a função de anodo por fornecer elétrons para o circuito e, consequentemente, ocorreu o processo de oxidação. Já em relação à placa de Cobre, ocorreu o acúmulo de íons de Cobre no estado sólido, ou seja, a precipitação da placa. Isso quer dizer que a placa de Cobre ganhou elétrons e assumiu a função de catodo, uma vez que recebeu os elétrons do circuito e, consequentemente, o processo de redução.

Por fim, através do experimento foi identificado o fluxo de elétrons no circuito, ou seja, do anodo para o catodo, do polo negativo para o polo positivo da pilha e, para isso, os ânions da ponte salina fluíram na direção do anodo (Zinco) e seus cátions fluíram em direção ao catodo (Cobre), realizando o equilíbrio dos íons entre as soluções.

4. Conclusão

De forma geral, concluiu-se que a pilha de Daniell é um excelente