Trabalho de Pilhas

Trabalho de Pilhas

(Parte 1 de 5)

CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL DE CURITIBA

PILHAS

CURITIBA

2009

sumário

1.Introdução......................................................................................04

2. Desenvolvimento............................................................................05

2.1 História da pilha .........................................................................05

2.2. Pilha de Daniell..........................................................................05

2.2.1 Representação da pilha............................................................08

2.3 Força eletromotriz.......................................................................09

2.3.1Concentração de soluções.........................................................09

2.3.2 Temperatura.............................................................................10

2.3.3 Medida de potencial de um eletrodo........................................10

2.3.4 Eletrodo padrão de hidrogênio ................................................10

2.3.5 Medida do potencial de um eletrodo de zinco..........................11

2.3.6 Medida do potencial de um eletrodo de cobre.........................12

2.4 Equação de Nernst......................................................................14

2.4.1 Aplicaçõe da equação de Nernst..............................................15

2.4.2 Aplicação da equação de Nernst nas reações anodicas...........15

2.4.3 Aplicação da equação de Nernst nas reações catódicas..........16

2.4.4 Equação de Nernst para meios ácidos não aerados.................16

2.4.5 Aplicação da equação de Nernst para meios ácidos aerados...17

2.5 Pilhas secas e acumuladores.......................................................18

2.5.1 Pilhas Alcalinas.........................................................................19

2.5.2 Pilha de mercurio e zinco.........................................................19

2.5.3 Pilha de lítio e iodo...................................................................20

2.5.4 Acumuladores ou baterias........................................................20

2.5.5 Bateria de níquel e cardimio....................................................21

2.5.6 Pilha de combustível................................................................22

3. Conclusão.....................................................................................23

4. Referencias bibliográficas.............................................................24

1. INTRODUÇÃO

Você já experimentou uma sensação de choque elétrico quando se morde um papel alumínio? Isto ocorre quando há contato entre o alumínio e os metais presentes em obturações dentárias, o ddp existente é que determina esta reação e é a partir desse princípio que são construídas as pilhas. Esse trabalho envolve a história das pilhas, força eletromotriz, tipos de pilhas, a equação de nerst e o compreendimento maior de suas aplicações.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1 História da pilha

O médico italiano Luigi Galvani (1737-1798) idealizou as forças elétricas nos movimentos musculares: no ano de 1791, realizava experimentos quando observou que a coxa de rãs recentemente dissecadas, sofria contrações quando entrava em contato com metais diferentes. Ele concluiu que os tremores surgiam quando havia contato entre a perna do animal e objetos de ferro e de cobre, ou seja, os nervos da rã conduziam corrente elétrica. Mas a explicação correta para esse fenômeno só surgiu no início do século XX, 130 anos depois do experimento com rãs. Nessa época foi verificada uma diferença de potencial (ddp) que existe entre o objeto de ferro e o de cobre produzindo um fluxo de elétrons, este fluxo passa pelos nervos e músculos da perna da rã produzindo as contrações. A passagem de corrente elétrica é responsável por esses acontecimentos.

Pilha, 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.

2.2 A pilha de Daniel

Em 1836, o químico e meteorologista inglês Jonh Frederic Daniell (1790-1845) construiu uma pilha diferente, substituindo as soluções ácidas utilizadas por Alessandro Volta- que produziram gases tóxicos- por soluções de sais tornando as experiências com pilha menos arriscados.

A pilha de daniell funcionava a partir de dois eletrodos interligados. Cada eletrodo era um sistema constituído por um metal imerso em uma solução aquosa de um sal formado por dois cátions desse metal.

Em um sistema desse tipo é estabelecido um equilíbrio dinâmico entre o elemento metálico e seu respectivo cátion.

Vejamos por exemplo, como é o eletrodo feito de zinco.

O eletrodo de zinco é um sistema constituído por uma placa de zinco metálico imersa em solução que contém cátions zinco, Zn2+ (aq).

Essa solução é obtida pela dissolução de um sal, como por exemplo, o sulfato de zinco, ZnSO4(s) em água.

Nesse eletrodo ocorrem os seguintes fenômenos:

O zinco metálico (da placa) doa 2 elétrons para o cátion zinco ( da solução) e se transforma em Zn2+(aq).

O cátion zinco ( na solução ) recebe os 2 elétrons doados pelo zinco metálico e se transforma em Zn(s).

Como se trata de um processo continuo e ininterrupto, escrevemos a equação global simbolizada pelo equilíbrio dinâmico:

Considere agora um eletrodo de cobre, análogo ao zinco, ou seja, constituído por uma placa de cobre metálico, imersa em uma solução de sulfato de cobre, CuSO4(aq), e que, portanto, contém cátions cobre, Cu2+(aq), em que se estabelece o equilíbrio a seguir:

Daniell percebeu que se fizesse uma interligação entre dois eletrodos desse tipo, feitos de metais diferentes, o metal mais reativo iria transferir seus elétrons para o cátion do metal menos reativo em vez de transferi-los para seu próprio cátion em solução.

Como zinco é mais reativo que o cobre, se os eletrodos de zinco e de cobre forem interligados através de um fio condutor, o zinco metálico irá transferir seus elétrons para o cátion cobre Cu2+ (aq) em vez de transferi-los para o cátion zinco, Zn2+(aq).

Desse modo se estabelece uma passagem de corrente elétrica pelo fio condutor. Para constatar a ocorrência desse fenômeno, basta adaptar um aparelho adequado ao fio condutor no caminho dos elétrons.

Por exemplo, adaptando-se uma lâmpada no fio condutor, podemos observar que ela acende quando os eletrodos estão interligados.

Eletrodos da pilha: ânodo (-) e cátodo (+)

Observe o esquema abaixo, de uma pilha de cobre e zinco:

Ânodo ou pólo negativo da pilha: é4 o eletrodo de onde saem os elétrons, no qual no ocorre reação de oxidação.

No esquema o zinco metálico da placa doa 2 elétrons que “correm” pelo fio condutor em direção ao eletrodo de cobre e se transforma em cátion zinco, Zn2+(aq), que passa a fazer parte da solução.

Zn(s) → 2é + Zn2+(aq) reação de oxidação

Cátodo ou pólo positiva da pilha:é o eletrodo para onde vão os elétrons, no qual ocorre a reação de redução.

No esquema, o cátion cobre, Cu2+(aq) que estava em solução, recebe 2 elétrons doados pelo zinco que vieram pelo fio condutor até a placa de cobre e se transforma em Cu(s), que passa a fazer parte da placa.

Cu2+(aq) + 2é → Cu(s) reação de redução

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