Química: Pilha comum
O que é uma célula galvânica?
Célula
galvânica é o mesmo que pilha. Galvânica faz
referência a Galvanismo que é o conjunto de fenômenos relacionado com a geração
de corrente elétrica por meios químicos. Justamente é assim que uma pilha funciona.
Por meio de reações espontâneas de oxirredução (oxidação e redução) ocorre a
formação de corrente elétrica.
Como tudo começou...
1600
– Físico alemão, Otto Von Guericke: A história da pilha se inicia com a
idealização de uma máquina capaz de gerar eletricidade. Tratava-se de um globo
de enxofre que gerava centelhas quando girado e friccionado.
No
século XVIII – médico e investigador italiano Luigi Galvani: Deduziu que a
eletricidade poderia ser armazenada nos músculos e que os nervos eram capazes
de transferir essa energia (eletricidade animal), isto é, o corpo origina
eletricidade quando na verdade ele é condutor, como descobriu Alessandro Volta.
Apesar de estar equivocado, os estudos de Galvani foram essenciais para que
outros estudiosos começassem a associar a química coma geração de energia.
1800
– Físico italiano Alessandro Volta: Considerado o criador das pilhas elétricas.
Após vários estudos descobriu que os melhores componentes químicos para a
produção de eletricidade eram o zinco e prata. Por volta de 1800, o mesmo
elaborou um dispositivo formado por várias camadas destes metais, separadas por
um disco de material poroso embebido em uma solução de sal.
Sua
invenção foi tão importante para a eletroquímica que foi nomeado conde por
Napoleão Bonaparte em 1810.
Pilha voltaica
Nesta
representação esquemática da pilha de Volta, em vez de prata é utilizado o
cobre e o eletrólito é ácido sulfúrico. Cada unidade de zinco, cobre e ácido
sulfúrico é denominado célula. O potencial elétrico é resultado da soma dos
pontenciais de cada célula.
Em termos químicos, é
possível perceber melhor na outra imagem que o ácido sulfúrico esta ionizado em
íons H+ e SO4-2
e esta em contato com o Zinco e o
Cobre, denominados de eletrodos. Dessa forma o Zinco e o Cobre reagem com o SO4-2 (Sulfato) liberando 2 elétrons.
Como o Zinco tem
potencial de oxidação maior do que o Cobre, ele vai perder mais elétrons, por
isso vai ser o polo negativo, já que próximo a ele terá mais elétrons. Como existe uma diferença de potencial, ou
seja, o Zinco é o polo negativo e o Cobre o positivo, os elétrons, através de
um circuito, irão migrar para o Cobre. E assim forma-se a corrente elétrica.
Quando se juntam aos cátions de Cobre (Cu+2 + 2e -> Cu) formam Cobre que se deposita sobre o eletrodo
de Cobre, o que faz com que ele aumente de tamanho com o tempo. Mas o Zinco por
sua vez, vai ser consumido.
Leclanché
Em
1866 o engenheiro francês, Georges Leclanché inventou a pilha comum. A primeira
imagem é o protótipo inicial. A segunda imagem mostra como foi adaptada
atualmente.
A parte externa é
envolvida por papel plástico. Abaixo é feito de Zinco.
No interior desse
recipiente há uma pasta escura e úmida de cloreto de amônio (NH4Cl)
e cloreto de zinco (ZnCl2). Essa pasta fica em contato com uma
mistura de dióxido de manganês (MnO2) e pó de grafita prensado que
envolve o bastão de grafita, disposto no centro da pilha.
Funcionamento
Reações espontâneas de
oxirredução
O Zinco corresponde ao
polo negativo ou ânodo, pois sofre oxidação (agente redutor)
O polo positivo ou cátodo
é a barra de grafita envolvida por dióxido de manganês, carvão em pó e a pasta
úmida contendo cloreto de amônio, cloreto de zinco e água.
O cloreto de amônio e o
cloreto de zinco são de caráter ácido por isso essas pilhas são também
conhecidas como pilhas ácidas.
A barra de grafita conduz
os elétrons perdidos do Zinco para o dióxido de manganês, ocorrendo a redução
(agente oxidante) do dióxido de manganês em trióxido de manganês.
A pasta úmida faz o papel
de ponte salina, permitindo a migração dos ânions hidroxila da grafita para o
zinco.
Dessa forma, as pilhas
não são recarregáveis, uma vez que todo manganês for convertido em trióxido de
manganês a pilha para de funcionar.
Um fator importante a
respeito dessas pilhas é que o envoltório de zinco pode ser corroído e com isso
vazar o material corrosivo, mas muitos fabricantes têm optado por tratar o
dióxido de manganês transformando-o em dióxido de manganês eletrolítico que fica
isento (ou quase) de metais como cobre o outros mais existentes no óxido
natural. Esses metais em contato com o Zinco podem destruí-lo rapidamente, pois
reagem facilmente.
Referências:
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https://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/pilhas.htm>. Acesso em: 27
out. 2018
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Disponível em:
<https://pilhasebaterias.wordpress.com/pilhas-de-zinco-carbono/>. Acesso
em: 27 out. 2018
uFOGAÇA,
Jennifer Rocha Vargas. "Pilha Seca de Leclanché"; Brasil Escola. Disponível em
<https://brasilescola.uol.com.br/quimica/pilha-seca-leclanche.htm>.
Acesso em: 27 out. 2018
uTENÓRIO,
I. “A bateria mais simples do mundo: bateria de forminha de gelo”; Manual do Mundo. Disponível em:
<http://www.manualdomundo.com.br/2014/10/como-fazer-bateria-caseira-forma-de-gelo/>.
Acesso em: 27 out. 2018
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<https://quimicanovaee.wordpress.com/eletroquimica/o-surgimento-da-primeira-pilha-eletrica/>. Acesso em: 27 out. 2018
uTEIXEIRA, João Angelo Martignoni . “Georges Leclanché (*1839 +1882)”; EXCITE (Explanação Científica e
Tecnológica). Disponível
em:
<http://excite-friburgo.blogspot.com/2009/11/georges-leclanche-1839-1882.html>.
Acesso em: 27 out. 2018
uINFOPÉDIA. “Georges Leclanché”. Disponível em:
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Pilha”. Disponível em: <http://www.historiadetudo.com/pilha>. Acesso em:
27 out. 2018
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