As Pilhas

Pilhas

É um dispositivo que utiliza as reações de oxidação e redução para converter energia química em elétrica. Em que a energia química utilizada será sempre espontânea.

Tem dois eletrodos que são constituídos de metais diferentes, que fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e redução. Os eletrodos encontram-se cada um em um compartimento separado um do outro podendo ser separado por uma placa membrana porosa por argila não vitrificada, porcelana ou outros materiais, esses eletrodos são imersos em uma solução aquosa. O compartimento tem a finalidade de separar os dois reagentes participantes da reação de óxido-redução, pois se não tivesse, os elétrons seriam transferidos diretamente do agente redutor para o agente oxidante. Quando os dois eletrodos são conectados por um circuito elétrico externo, um fio condutor, localizado fora da célula, verifica-se o fluxo de elétrons entre os eletrodos.

Os elétrons fluem do anodo (eletrodo negativo) para o catodo (eletrodo positivo), sendo que o sentido da corrente elétrico. Importante saber a direção do fluxo, pois na Física acontece o inverso, o fluxo é do catodo para o anodo.

História da Pilha

Com a invenção da máquina que “produz” eletricidade por Otto Von Guericke no século XVII, Luigi Aloisio Galvani na segunda metade do século XVIII, começou a pesquisar sobre a aplicação terapêutica da eletricidade. Após 10 anos de pesquisa ele publicou Sobre as forças de eletricidade nos movimentos musculares, onde concluiu que os músculos armazenavam eletricidade, e os nervos conduziam eletricidade. É o famoso experimento realizado em pernas de rã, Galvani ligava um circuito elétrico nas pernas e elas se contraia.

No século XVIII, Alessandro Volta verificou que, se dois metais diferentes forem postos em contato um com o outro, um dos metais fica ligeiramente negativo e outro ligeiramente positivo. E com isso estabelece-se entre os metais uma diferença de potencial, ou seja, uma tensão elétrica. Usando esta experiência como base, ele idealizou uma pilha, a que deu o nome de pilha voltaica, em referência a seu sobrenome.

A pilha de Alessandro era composta por discos de zinco e de cobre empilhados e separados por pedaços de tecidos embebidos em solução de ácido sulfúrico.

Funcionamento de uma pilha

Para isso vamos usar a pilha de Daniel como modelo, é separado fisicamente a barra de zinco imersa em ZnSO4 de uma barra de cobre imersa em uma solução aquosa de CuSO4, é acrescentado um fio elétrico e se tem uma corrente elétrica por conta dos eletrodos (zinco e cobre) fornecerem as reações de oxidação e redução. 

  Acervo próprio

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Na meia-célula da esquerda (meia-célula do zinco) temos a reação (chamada de semirreação do zinco):

Em contato com o cobre metálico o zinco perde dois elétrons de cada átomo, que correm pelo fio em direção ao cobre.

No meia-célula da direita (meia-célula do cobre) temos a reação:

Os íons de cobre recebem os elétrons do zinco e fica neutro, ele estava positivo por conta da solução aquosa de CuSO4 que torna-se em íons Cu²+ e SO4, os íons Cu depositam se no cobre metálico.  Em contrapartida para equilibrar essas reações, passa-se pela placa porosa os íons Zn² para a meia-célula da direita (do cobre) e desta meia-célula partem os íons SO4 pela placa porosa em direção a meia-célula da esquerda (do zinco).

Então no funcionamento da pilha de Daniel temos:

- fluxo de elétrons em direção do zinco para o cobre;

- fluxo de íons em direção da meia-célula da direita para a esquerda.

Quando se abre o interruptor, todo o processo para imediatamente.

Depois de algum tempo de funcionamento verificamos que:

  Acervo próprio
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- O eletrodo de zinco foi corroído;

- O eletrodo de cobre teve sua massa aumentada por conta dos íons da solução se aglomerarem nele;

- A solução de CuSO4 ficou diluída;

- A solução de ZnSO4 ficou concentrada; 

A partir das reações que acontece na pilha podemos montar uma reação global de funcionamento da pilha:

Pilha comum em corte: