Pilhas E Baterias

Pilhas e Baterias: Princípio de Funcionamento

Para entender o que ocorre dentro de uma pilha é necessário ter conhecimento de tópicos de eletroquímica. A eletroquímica estuda a relação existente entre as reações químicas e a corrente elétrica. Tal relação é estudada em pilha (produz corrente elétrica a partir de uma reação química) e em eletrólise (reações químicas provocadas pela passagem de corrente elétrica). Assim:

.Pilha: Reação Química → Corrente Elétrica

.Eletrólise: Reação Química ← Corrente Elétrica

Para entender os fenômenos eletroquímicos é preciso recordar alguns conceitos de reações de oxirredução:

Oxidação = perda de elétrons = aumento do Nox = agente redutor

Redução = ganho de elétrons = diminuição do Nox = agente oxidante

Exemplo: Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)

Nox do Zn: 0 → +2

Nox do Cu: +2 → 0

O ânion sulfato (SO4) permanece inalterado.

A reação acima pode ser representada na forma de duas semi-reações (equações que representam em separado, processos de redução e de oxidação):

Semi-reação de redução: Cu²+ +2e- → Cu°

Semi-reação de oxidação: Zn° → Zn²+ + Cu°

Potencial Padrão de Eletrodo(E°): Para se medir com precisão, se um elemento tem tendência a sofrer oxidação ou redução, foi criado uma grandeza denominada potencial padrão de eletrodo (E°), expresso em volts (v), baseado na capacidade do elemento perder ou ganhar elétrons. O elemento hidrogênio foi tomado como padrão (com E° = zero) e a partir daí determinou-se a tendência dos demais elementos em perder ou ganhar elétrons, comparando-os através da reatividade química. Assim, o potencial padrão de eletrodo mede a tendência de uma semi-reação ocorrer no sentido de uma redução ou de uma oxidação, podendo ser:

-Potencial de Redução (E°Red): associado a uma semi-reação de redução

Zn²+(aq) + 2e- → Zn°(s) ; E°Red= -0,76v

-Potencial de Oxidação (E°Oxi): associado a uma semi-reação de oxidação

Zn(s) → Zn²+(aq) + 2e- ; E°Oxi= +0,76

Observar que o potencial de oxidação corresponde ao potencial de redução com sinal trocado e vice-versa.

Quanto maior o potencial de redução, maior a tendência d elemento em reduzir-se (ganhar elétrons). Quanto maior o potencial de oxidação, maior é a tendência do elemento em oxidar-se (perder elétrons).

Pilhas

-São dispositivos que transformam a energia de uma reação química em corrente elétrica. Abaixo está representado o esquema de uma pilha eletroquímica típica:

A pilha acima representada é uma pilha de cobre-zinco conhecida como pilha de Daniell. É formada por uma barra de zinco mergulhada em uma solução de ZnSO4, 1M e uma barra de cobre mergulhada em uma solução de CuSO4, 1M.

Dados os potenciais padrão de redução :

Zn ; E°Red = -0,76v

Cu ; E°Red = +0,34v

É possível observar pela figura acima que o Zinco sofre oxidação. Pode-se chegar a essa conclusão observando os potenciais de redução, assim temos que o Zinco possui o menor potencial de redução, portanto apresenta maior tendência a oxidar-se em relação ao cobre.

A partir dessas observações podemos chegar às seguintes conclusões:

O fluxo de elétrons ocorrerá no sentido Zn → Cu, pois o cobre tem maior tendência em reduzir-se.

O cátodo da pilha (eletrodo onde ocorre a redução), que constitui o polo positivo da pilha, é o Cu°.

O ânodo da pilha (eletrodo onde ocorre a oxidação), que constitui o polo negativo da pilha, é o Zn°.

A massa da barra de Zinco diminui, pois os íons Zn²+ formados pela saída dos elétrons dissolvem-se na solução.

A massa da barra de Cobre aumenta, pois os elétrons que chegam à barra de cobre provocam a redução dos íons Cu²+ da solução, transformando-os em cobre metálico (Cu°).

A concentração de íons Zn²+ aumenta, devido à dissolução dos íons Zn²+ provenientes da barra de zinco.

A