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Pilhas

Autor:
Instituição: Colégio Sagrado Coração de Jesus
Tema: Pilhas
Pilhas não Recarregáveis


O fato de uma pilha ser recarregável significa que ela pode funcionar ao contrário, ou seja, suas semi-reações devem ser totalmente reversíveis. Em alguns casos como na PILHA ÁCIDA COMUM, há processos não-reversíveis que impedem o processo de recarga. As pilhas comuns recarregáveis ou não, podem ter aparência semelhante. No entanto, diferem em um ponto muito importante: as pilhas não-recarregáveis podem explodir, caso haja uma tentativa de recarregá-las.

Exemplo: pilhas de Daniel

As semi-reações que ocorrem nessa pilha são:

Essa última semi-reação é irreversível, o que torna essa pilha não recarregável.


Pilhas Alcalinas

As pilhas alcalinas são mais duráveis e tem menor risco de vazamento, como o próprio nome já diz, ela funciona com uma pasta básica em que o NH4Cl é substituído por KOH ou NaOH.

As semi-reações de algumas dessas pilhas são:

As pilhas alcalinas duram cerca de cinco vezes mais que as tradicionais pilhas ácidas. Tal duração pode ser explicada pela ausência do gás amônia, por uma maior condutividade elétrica no hidróxido de potássio em relação ao cloreto de amônio e pelo fato de o eletrodo de zinco sofrer um desgaste mais lento em meio básico.


Pilhas Ácidas

São menos duráveis e com maior risco de vazamento. Ela não é recarregável, ou seja, possuem pelo menos uma semi-reação irreversível. Muitas pessoas acham que coloca-la na geladeira faz recarregar, mas na verdade o que acontece é que a pilha volta a funcionar por pouco tempo.

Na semi-reação do cátodo há formação de gás amônia (NH3). Esse gás recobre o eletrodo e faz a pilha terminar mais rapidamente. Ao deixar a pilha em repouso dentro da geladeira, a baixa temperatura faz com que o gás amônia descubra o eletrodo de grafite e, com isso, a pilha irá funcionar durante mais alguns minutos.
E se colocarmos uma pilha em água quente o aumento de temperatura provavelmente irá favorecer a perda de elétrons do ânodo, fazendo com que a pilha funcione por mais algum tempo.


Medida da Diferença de Potencial das Pilhas

Variando-se as espécies (ou, melhor dizendo, variando-se o oxidante e o redutor, podemos obter uma infinidade de pilhas diferentes, que nos fornecerão diferentes voltagens ou forças eletromotrizes (fem) ou diferenças de potenciais (ddp). Isso depende fundamentalmente):

Como decorrência do exposto acima, consideram-se como CONDIÇÕES-PADRÃO de uma pilha:

Tabela dos potenciais-padrão de eletrodo

Confrontando todos os metais com o eletrodo-padrão de hidrogênio, iremos medir seus Eo e poderemos então organizar uma tabela de seus potenciais-padrão de eletrodo.

Na verdade, essa medida não é privativa dos metais; podemos fazê-la também com os não-metais e, de um modo mais geral, com todos os oxidantes e redutores. Teremos, então, a tabela dos potenciais-padrão de eletrodo ou de oxi-redução (Eo), para soluções aquosas 1 molar, a 25oC e 1atm, de qualquer oxidante ou redutor. Desde já é bom assinalar que, multiplicando-se as equações por um número qualquer, os valores de Eo não serão alterados.


Cálculo da diferença de potencial (ddp) das pilhas

Na tabela dos potenciais-padrão de eletrodo, todo elemento ou substância que está "mais acima" funciona como redutor em relação a um elemento ou substância que está "mais baixo" (que funciona, então como oxidante). Isso implica dizer que a reação "de cima" funciona no sentido de oxidação, enquanto a reação "de baixo" funciona no sentido de redução.
Dadas as equações de duas meias-células e seus respectivos potenciais, sabemos que forma uma pilha com o melhor redutor e o melhor oxidante.

Exemplo:

Cu0 Cu2+ + 2e- Eo =+0.76V
Zn0 Zn2+ + 2e- Eo= -0.34V
melhor redutor: Zn (melhor doador de elétrons)
melhor oxidante: Cu (melhor receptor de elétrons)
a pilha: Cu2+ + Zn Cu0 + Zn2+


Entre o ânodo e o cátodo surge um fluxo de elétrons devido à diferença de potenciais de meia-célula. A isso se denomina diferença de potencial e seu cálculo é muito simples:


Pilhas de Combustível


Pilhas de combustível são aparelhos em que os reagentes são continuamente injetados durante o processo de oxirredução, ou seja, elas nunca se gastam.

Muitos cientistas acreditam que as recentes pilhas de combustível serão importantes fontes de energia para a nossa sociedade.

Pilhas de combustível já estão sendo usadas como geradores de emergência em alguns edifícios em Nova York e Tóquio.

As pilhas de combustível são usadas em programas espaciais e a água que é produzida nelas é utilizada pelos astronautas.

Há vários tipos de pilhas de combustível, mas os programas espaciais norte-americanos, como as missões Apollo e Gemini, utilizaram os gases hidrogênio e oxigênio.

As semi-reações dessa pilha são:

A reação global é: 2H2 + 02 2H20

Observe que a grande vantagem do processo é que o produto final é água.


A Recarga de Pilhas

Há certos tipos de pilha, que depois de gastas, podem ser recarregadas, voltando praticamente para o seu estado original.

A recarga de uma pilha consiste basicamente em fazer com que as semi - reações dos eletrodos ocorram em sentido inverso ( a pilha deve funcionar de forma contrária durante a recarga, e sua reação global deve ser inversa daquela que existiu durante a descarga espontânea.)

A recarga é feita instalando-se um gerador externo com uma diferença de potencial maior que o D E° da pilha padrão original. A montagem desse novo circuito deve obedecer a uma regra fundamental: o pólo negativo do novo gerador deve ser ligado ao pólo negativo da pilha a ser recarregada. È isso que os físicos chamam de ligação em oposição.


A Pilha de Lítio

Pequenas e leves (pesam cerca de 25g), as pilhas de lítio foram desenvolvidas na década de 70 e são empregadas também em marcapassos cardíacos. Muito duráveis - podendo até funcionar por 8 anos -, elas possuem as seguintes semi - reações:


Atualidades

Com a crise energética vivida atualmente no Brasil é cada vez mais comum o uso de fontes de energia alternativa, principalmente a energia química. Diversas empresas, hospitais, e até mesmo em eventos esportivos optam pela energia produzida através de geradores. Além do que diversos aparelhos domésticos podem ser utilizados com energia de pilhas. A energia química passa a ser, num momento calamitoso como estamos passando, uma excelente fonte alternativa já que nossas reservas hidrelétricas estão com níveis muito baixos e a energia a partir do petróleo nos geradores não é tão cara.


A bateria de chumbo

É utilizada por exemplo nos automóveis, é constituída de várias pilhas, associadas em série. Cada pilha é formada de placas alternadas de chumbo(Pb) e de dióxido de chumbo(PbO2). O conjunto encontra-se imerso numa solução diluída de ácido sulfúrico. As placas de chumbo são ligadas entre si, constituindo o ânodo ou pólo negativo. As placas de dióxido de chumbo, ligadas entre si constituem o cátodo ou pólo positivo.
Cada pilha fornece uma tensão de 2V. Uma bateria de 12V contém 6 pilhas associadas em série. Durante a descarga da bateria, isto é, durante a fase em que a bateria funciona como gerador, ocorrem as seguintes reações químicas:

Ânodo: Pb0 + SO42- -> PbSO4 + 2e-

Cátodo: PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- -> PbSO4 + 2H2O

Cada átomo de chumbo do ânodo que participa da reação libera dois elétrons, que atravessam o circuito externo à bateria, sendo capturados pelo cátodo. Têm-se assim, a corrente elétrica.

Baterias desse tipo são geradores reversíveis, isto é, podem ser recarregadas e para que isso aconteça a bateria é ligada num gerador e as reações da bateria se invertem, invertendo assim o fluxo de elétrons.


Geradores

Gerador elétrico é o aparelho que realiza a transformação de uma forma qualquer de energia em energia elétrica. Um gerador possui dois terminais denominados pólo negativo, correspondendo ao terminal do potencial elétrico menor, e pólo positivo, que é o de terminal de potencial elétrico maior.

No interior do gerador o sentido da corrente elétrica é do potencial menor para o maior, isto é, do pólo negativo para o positivo.

A potência elétrica total gerada por um gerador é diretamente proporcional à intensidade da corrente que o atravessa.

Um gerador em funcionamento normal não lança no circuito externo toda a potência elétrica que ele gera. Isso ocorre porque no interior do gerador a corrente passa por condutores que, por sua vez dissipam uma parte da corrente elétrica.

A base de um grande número de geradores químicos é a energia química desenvolvida em certas reações químicas. Entre eles estão a bateria de acumuladores, que pode sofrer numerosas carga e descargas, e, também a pilha seca, que tem duração limitada. Nas usinas hidrelétricas a energia mecânica de uma queda d’água serve de base para os geradores mecânicos.


Pilhas de Relógio Eletrônico

As pilhas de relógio eletrônico têm seus eletrodos constituídos de zinco e prata.

A equação desses eletrodos são:

Ag2O + H2O 2Ag + 2OH- Eº = + 0,344 V
Zn(OH)2 + 2e- Zn + 2OH- Eº = - 1,25 V

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