Relatório BECN 2

Relatório BECN 2

(Parte 1 de 2)

CATHERINA CAPPELLINI RIGATONº 11035709 JEFFERSON COELHO ALVESNº 11023209 SAMIR JORGE DE AGUIARNº 11140309 WILLAMY DO NASCIMENTO AMARONº 11045509

RELATÓRIO – BASES EXPERIMENTAIS DAS CIÊNCIAS Experimento 2 - Conversão de Energia: Pilhas

Universidade Federal do ABC

Células eletroquímicas

Uma célula eletroquímica é constituída por dois eletrodos, ou condutores metálicos, em contato com um eletrólito, um condutor iônico (que pode ser uma solução, um líquido ou um sólido). O eletrodo metálico e o eletrólito com que está em contato constituem o compartimento eletrólito. Os dois eletrodos podem partilhar o mesmo compartimento. Quando um “metal inerte” é parte do eletrodo, o seu papel é, exclusivamente, de uma fonte ou sumidouro de elétrons. Ele não participa da reação, embora possa ser um catalisador da reação. Se os eletrólitos forem diferentes, os dois compartimentos podem ser unidos por uma ponte salina, que é um tubo contendo uma solução concentrada de eletrólito imobilizada num gel de ágar. A ponte salina completa o circuito elétrico e possibilita a operação da célula.

Uma pilha galvânica é uma célula eletroquímica que produz eletricidade como resultado da reação espontânea que ocorre dentro dela. Uma célula eletrolítica é uma célula eletroquímica em que uma reação não-espontânea é impelida por uma fonte externa de corrente.

O tipo mais simples de pilha tem um eletrólito comum aos dois eletrodos. Em alguns casos, os eletrodos metálicos têm que ser mergulhados em eletrólitos diferentes, como na “pilha de Daniell” que tem um par redox Cu2+/Cu num eletrodo e outro par Zn2+/Zn no outro eletrodo. Numa pilha de concentração no eletrólito, os compartimentos eletródicos são idênticos, exceto no que diz respeito à concentração do eletrólito. Nas pilhas de concentração nos eletrodos, são os eletrodos que têm diferentes concentrações, seja por serem eletrodos a gás, operando a pressões diferentes, seja por serem amálgamas (soluções em mercúrio) com diferentes concentrações.

Um pouco de história

Na segunda metade do século XVIII, difundiu-se a idéia da existência de uma "eletricidade animal", a partir do fato de que certos animais, como a enguia, eram capazes de dar choques quando tocados, os quais eram similares aos efeitos de outros choques elétricos. Em 1780, Luigi Galvani (1737-1798) descobriu que os músculos e nervos na perna de um sapo sofriam uma contração ou espasmo causados pela corrente elétrica liberada por um gerador eletrostático. A contração muscular também aparecia quando o músculo era colocado em contato com dois metais diferentes, sem que houvesse aplicação de eletricidade externa. Galvani chegou à conclusão que certos tecidos orgânicos geravam eletricidade por si próprios. Para ele estava claro que os músculos do sapo eram capazes de gerar "eletricidade animal", que ele julgou ser similar à eletricidade gerada por máquinas ou por raios.

Alessandro Volta, repetindo os experimentos de Galvani, concluiu que a eletricidade observada deveria ter origens mais simples, e que o tecido animal apenas conectava, inadvertidamente, os dois metais. Desta forma, o tecido orgânico atuava como um eletroscópio extremamente sensível, que permitia detectar uma corrente mais fraca que outras que tivessem sido estudadas com o emprego dos aparelhos disponíveis na época.

Volta construiu a primeira bateria, que consistia de dois pedaços de metal distintos (zinco e prata), separados por discos de papelão umedecidos com uma solução salina e ligados em série. Esta montagem foi chamada de célula galvânica e a combinação destas células formava uma bateria, cuja potência dependia do número de células que estavam conectadas. Este foi o primeiro método encontrado para a geração de uma corrente elétrica contínua. Ainda em 1799, Volta conseguiu aumentar a corrente com a utilização de cobre, zinco e papelão (figura 1).2

Figura 1: A bateria de Volta3

Em 1836, John Frederic Daniell, procurando por uma forma de eliminar o problema da bolha de hidrogênio encontrado na pilha de Volta, usou um segundo eletrólito para consumir o hidrogênio produzido pelo primeiro, inventando a célula de Daniell, que consistia em um pote de cobre contendo uma solução de sulfato de cobre, na qual foi mergulhado um recipiente de cerâmica cheio de ácido sulfúrico e um eletrodo de zinco. A barreira de cerâmica era porosa, o que permitiu que os íons a atravessassem e que a solução não se misturasse. Sem essa barreira, quando não houvesse corrente os íons de cobre iriam fluir para o ânodo de zinco e sofrer redução sem gerar corrente, o que destruiria a vida da bateria.

Depois de um tempo, o acúmulo de cobre iria bloquear os poros da barreira de cerâmica e encurtar a vida da bateria. Apesar disso, a célula de Daniell forneceu uma corrente mais duradoura e confiável do que aquela produzida pela bateria de Volta porque o eletrólito depositou cobre (um condutor) ao invés de hidrogênio (um isolante) no cátodo. Ela também era mais segura e menos corrosiva, e tinha uma voltagem de operação de aproximadamente 1.1 volts.4

Figura 2: Representação da pilha de Daniell5

A partir dessas descobertas, houve um grande avanço na eletroquímica, chegando até onde estamos hoje, nas baterias de íons de lítio.

2. Objetivos

Esta prática de laboratório tem por objetivo identificar parâmetros elétricos simples, como tensão, corrente e associá-los a fenômenos de conversão de energia. Também visa conhecer algumas reações eletroquímicas espontâneas utilizando materiais obtidos de uma pilha comum e estudar os fenômenos de eletrólise através da eletrodeposição de cobre em aço.

3. Parte Experimental

Materiais e reagentes: - 1 pilha comum e 1 bateria de 9 V

- Luvas descartáveis

- Alicate, tesoura e espátula, todos de ponta fina

- Faca de serra

- 4 béqueres de 50 ml

- 1 béquer de 25 ml

- Bastão de vidro

- Bacia e escova

- Funil pequeno

- Papel de filtro qualitativo

- Ácido clorídrico (1,0 mol.L- 1)

- 2 limões

- 1 multímetro

- 1 pisseta com água destilada

- 1 placa (cerca de 2 cm x 5 cm) de cobre e um prego

- Papel alumínio

- Calculadora que funcione com uma pilha A

- Fios e "jacarés" para conexão

- Balança analítica

- Cronômetro

- Vidro de relógio

Parte A

Iniciou-se o experimento com a retirada dos óxidos nas superfícies da placa de cobre e do prego utilizando uma lixa e logo após as superfícies foram limpas com papeis toalhas e em seguida foram verificadas as massas utilizando uma balança analítica.

Terminado o preparativo dos eletrodos, foi introduzindo a solução de cloreto de hidrogênio cuidadosamente no béquer, logo em seguida foram colocados os eletrodos, ou seja, a placa de cobre e o prego dentro da solução com o cuidado de evitar o contato entre eles, e logo após foram conectados os cabos jacaré sem que esses tivessem contato com a solução. O cabo jacaré conectado ao prego foi ligado ao pólo negativo da bateria e o jacaré conectado à placa de cobre foi ligado ao cabo de prova comum do multímetro. O cabo de prova vermelho do multímetro foi ligado ao terminal positivo da bateria. Simultaneamente ao fechamento do circuito, foi “disparado” um cronometro e foram medidos as correntes a partir do instante zero e nos instantes 15s, 30s, 45s e 60s; a partir daí foram medidos as correntes a cada 30 segundos durante os 14 minutos seguintes.

Após a eletrólise, os eletrodos foram colocados em um vidro de relógio e introduzidos em uma estufa para a secagem. Em seguida foram novamente pesadas as massas e foi constatada a variação da massa.

Parte B

Nessa etapa foi feita uma preparação para a criação da pilha na Parte C. Para tal, foram usados os materiais constituintes de uma pilha industrial.

Foi retirada a capa metálica que recobria a pilha, a borda plástica e a tampa de metal. Em seguida, o bastão de grafite que estava no centro do cilindro foi removido e lavado com água destilada.

Posteriormente, usando uma faca, as duas extremidades do cilindro foram retiradas, ficando este oco. A pasta escura do seu interior foi recolhida e colocada em um béquer de 25 mL usando o bastão de vidro. Foi adicionada água, e a solução foi filtrada usando o funil. Os produtos da filtragem (o sólido e a solução) foram coletados e guardados.

O cilindro oco de zinco metálico foi limpo com a escova de dente e amassado, para ser usado na criação das pilhas.

Parte C

(Parte 1 de 2)

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