Pilha elétrica, célula galvânica, pilha galvânica ou ainda pilha voltaica é um dispositivo que utiliza reações de óxido-redução para converter energia química em energia elétrica. A reação química utilizada será sempre espontânea.
Neste dispositivo, têm-se dois eletrodos que são constituídos geralmente de metais diferentes, que fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e redução. Estes eletrodos são postos em dois compartimentos separados, imersos por sua vez em um meio contendo íons em concentrações conhecidas e separados por uma placa ou membrana porosa, podendo ser composta por argila não-vitrificada, porcelana ou outros materiais. As duas metades desta célula eletroquímica são chamadas de compartimentos e têm por finalidade separar os dois reagentes participantes da reação de óxido-redução, do contrário, os elétrons seriam transferidos diretamente do agente redutor para o agente oxidante. Finalmente, os dois eletrodos são conectados por um circuito elétrico, localizado fora da célula, denominado circuito externo, garantindo o fluxo de elétrons entre os eletrodos.
As pilhas não devem ser confundidas com as baterias. Enquanto a primeira apenas converte energia química a elétrica, a segunda faz a interconversão entre energia química e elétrica.
É importante saber que na pilha, os elétrons fluem do ânodo para o cátodo, sendo que o sentido da corrente elétrica, frequentemente utilizado na Física, se dá do cátodo para o ânodo.
Índice
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• 1 História
• 2 Funcionamento de uma pilha
• 3 Observações
• 4 Mnemônicas
• 5 Ligações externas
[editar]História
No século XVII, Otto Von Guericke inventou a primeira máquina para produzir electricidade.
Na segunda metade do século XVIII, Luigi Aloisio Galvani começou a pesquisar sobre a aplicação terapêutica da electricidade. Após dez anos de pesquisa publicou Sobre as forças de eletricidade nos movimentos musculares, onde concluía que os músculos armazenavam electricidade (do mesmo modo que uma garrafa de Leiden) e os nervos conduziam essa electricidade.
No século XVIII, Alessandro Volta, pondo em prática uma experiência de Luigi Galvani, descobriu algo curioso. Verificou que, se dois metais diferentes forem postos em contacto um com o outro, um dos metais fica ligeiramente negativo e o outro ligeiramente positivo. Estabelece-se entre eles uma diferença de potencial ou seja, uma tensão eléctrica. Usando esta experiência como base, concebeu uma pilha, a que deu o nome de pilha voltaica.
A pilha era composta por discos de zinco e de cobre empilhados e separados por pedaços de tecido embebidos em solução de ácido sulfúrico. Esta pilha produzia energia eléctrica sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre, colocados na extremidade da pilha.
Em 1812,Davy produziu um arco voltaico usando eléctrodos de carvão ligados a uma bateria de muitos elementos.
[editar]Funcionamento de uma pilha
Vários tipos de pilhas.
Suponhamos, por exemplo, que separemos fisicamente a barra de zinco de uma solução de sulfato de cobre. O zinco é imerso numa solução de sulfato de cobre, assim como uma barra de cobre. As duas barras encontram-se interligadas eletricamente mediante um fio. Este dispositivo forma uma pilha.
As barras de zinco e de cobre são denominadas eletrodos e fornecem a superfície na qual ocorrem as reações deoxidação e de redução. Se os eletrodos de zinco e o cobre forem ligados entre si, por meio de um circuito externo, haverá um escoamento de elétrons através desse circuito, do eletrodo de zinco para o de cobre, em cuja superfície serão recebidos pelos íons Cu+2. (lembre-se da fila de reatividade!).
E esses íons serão reduzidos e os átomos de cobre se depositarão na superfície do eletrodo de cobre (eletrodeposição). Nesta célula o eletrodo de zinco é denominado ânodo. O ânodo é um eletrodo no qual ocorre a oxidação:
Zn(s) Zn2+ + 2e– (reação anódica)
O eletrodo de cobre, nesta composição, será o cátodo, um eletrodo no qual se realiza a redução.
Cu2+ + 2e– Cu(s) (reação catódica)
Logo,
Ânodo = local onde ocorre oxidação
Cátodo = local onde ocorre redução
À medida que se vai realizando a reação da célula, os íons de zinco migram afastando-se do ânodo de zinco, em direção do eletrodo de cobre, à semelhança do que ocorre com os íons de cobre. A pilha pode conter uma parede permeável ou uma ponte salina (com cloreto de potássio, os íons Cl– migram em direção ao ânodo e os íons K+migram em direção ao cátodo) que fazem o contato entre as duas células. As reações de eletrodo e a reação da célula são:
Ânodo : Zn (s) Zn2+ + 2 e–
Cátodo : 2 e– + Cu2+ Cu(s)
Reação Global da Célula: Zn(s) + Cu2+ Zn2+ + Cu(s)
[editar]Observações
O metal mais nobre sofre sempre redução.
Ânodo = Nele ocorre a oxidação = pólo negativo da pilha
Cátodo = Nele ocorre a redução = pólo positivo da pilha
A substância que sofre redução, denomina-se agente oxidante
A substância que sofre oxidação, denomina-se agente redutor
Lembrando também, que:
O Ânodo corrói ( sai da lâmina e vai para a solução )
O Cátodo se deposita ( sai da solução e vai para a lâmina )
Uma "pilha recarregável" (nome impróprio) é na verdade uma Bateria
[editar]Mnemônicas
AONDE: Ânodo Oxidação Negativo Diminui Espessura. O ânodo sofre oxidação, é o pólo negativo e como resultado diminui a sua espessura(perde massa).
A ordem dos potenciais segue o esquema:
Familia 1A
Família 2A
Alumínio(Al)
Outro método mnemônico é o CRAO: Cátodo Redução Ânodo Oxidação. Uma possível vantagem deste último método é que não cita as cargas positivas e negativas, que são opostas na pilha e na eletrólise, podendo dessa forma ser usado para ambas (pilha e eletrólise).
28. Pilhas comerciais
Pilha seca (pilha de Leclanché)
O recipiente é constituído de zinco, atuando como ânodo.
Há um papelão poroso que separa o zinco dos demais materiais. O eletrodo central é de grafita, e atua como cátodo. Existe uma pasta úmida que fica entre os eletrodos que apresenta ZnCl2 e NH4Cl. O cátodo é envolvido por uma camada de MnO2.
A voltagem fornecida por essa pilha é 1,5V.
Ânodo
,
Cátodo
Pilha alcalina
É uma pilha seca de Zn e MnO2, a solução eletrolítica é base forte (KOH).
Sua voltagem também é de 1,5V, porém sua duração é cinco vezes maior que a pilha seca de Leclanché.
Ânodo
Cátodo
Pilha de mercúrio
É um tipo de pilha alcalina que está contida num recipiente feito de aço. Formada por um ânodo de zinco e um cátodo de óxido de mercúrio II (HgO). A solução eletrolítica é uma pasta de KOH e Zn(OH)2.
Ânodo
Cátodo
Equação Global
Pilha de lítio
O ânodo é feito de metal lítio e o cátodo é de MnO2 ou cloreto de sulfurila (SOCl2)
As pilhas de lítio são apresentam uma alta voltagem: 3,4V.
Ânodo
Cátodo
Pilha de combustível
Nas pilhas de combustível o oxigênio (oxidante) e o hidrogênio (redutor) reagem formando água e liberando energia em forma de energia elétrica.
Este tipo de pilha tem um rendimento bastante elevado, e atualmente é usada em projetos espaciais.
Ânodo
Cátodo
Equação Global
Pilhas recarregáveis
As pilhas não-recarregáveis, que são aquelas que são utilizadas uma vez e depois são descartadas, estas são chamadas de pilhas primárias. Nessas pilhas os materiais de oxidação e de redução não permanecem no ânodo e no cátodo, por isso é impossível reverter a situação.
As pilhas recarregáveis são aquelas que depois de utilizadas pode ser recarregadas e utilizadas novamente, estas são chamadas de pilhas secundárias. Nessas pilhas os materiais de oxidação ficam no ânodo e os materiais de redução permanecem no cátodo, sendo possível inverter as reações.
PERIGO AMBIENTAL NA SUA UTILIZAÇÃO
As pilhas liberam componentes tóxicos que são cancerígenos, provocam anemia, debilidade, mutações genéticas e outros danos no seu corpo, além dos danos ao planeta. Simplesmente por serem jogados em lixo comum. Reduza: Evite aparelhos que necessitem de pilhas ou bateria. Recicle: separe, guarde e devolva aos estabelecimentos que as comercializam. Reutilize: Pilhas recarregáveis funcionam por até cinco anos, enquanto uma alcalina dura por 90 dias.
Todos sabem que as pilhas não devem ser jogadas em lixo comuns. Na verdade não deveria existir “lixo comum”, pois na atual situação em que vivemos é ridículo ainda não mudarmos nossos hábitos. Deveriam existir vários tipos de “lixo” diferentes, um pra cada tipo de material. Deveria ter uma lei como em alguns países da Europa, onde você paga pelo lixo que gera. Nesses países as pessoas nem caixa de sapato levam para casa, para não gerar lixo. Mas aqui no Brasil, além de levar a caixa, levam a sacola da loja e ainda o embrulho com alguns papéis. Os três R’s deveriam ser uma lei. Reduzir, Reciclar eReutilizar.
Voltando as pilhas. Essas, quando jogadas em lixões ou aterros sanitários, liberam componentes tóxicos - cádmio, chumbo e mercúrio - contaminando o solo, os cursos d'água e os lençóis freáticos, afetando a flora e a fauna das regiões próximas e o homem, pela cadeia alimentar.
O cádmio é cancerígeno, o chumbo pode provocar anemia, debilidade e paralisiaparcial e o mercúrio, ocasionar mutações genéticas. Eles também prejudicam o sistema nervoso central, o fígado, os rins e os pulmões
A queima de tais metais altamente nocivos não consiste em uma boa prática, pois seus resíduos permanecem nas cinzas, podendo volatilizar e contaminar a atmosfera.
Dai, a Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente
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