Pilha
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Pilha, célula ele(c)troquímica ou célula galvânica é um tipo de gerador elé(c)trico cuja energia é obtida através de processos químicos. Dependendo do tipo, a pilha pode ser recarregável (sendo, então chamada de bateria primária ou apenas bateria) ou não (chamada às vezes de bateria secundária). A alcalina, por exemplo, não é recarregável. É formada por 2 eletrodos (um cátodo e um ânodo) em que a corrente eletrica vai do ânodo (-) para o cátodo (+), enquanto na ponte salina ocorrem fluxos de cátions, em direção ao cátodo, mantendo-o positivo, e de ânions, em direção ao ânodo, mantendo também sua carga. A primeira pilha elétrica foi criada em 1800 pelo cientista italiano Alessandro Volta. Existem três tipos de pilhas, as comuns, as alcalinas e as recarregáveis.
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[editar] História
Em hhhh1600 Otto Von Guericke inventou a primeira máquina para produzir eletricidade. Luigi Aloisio Galvani na segunda metade do século XVIII começou a pesquisar a aplicação terapêutica da eletricidade, após dez anos de pesquisa publicou: "Sobre as forças de eletricidade nos movimentos musculares”, onde concluía que os músculos armazenavam eletricidade do mesmo modo que uma jarra de Leiden, e os nervos conduziam essa eletricidade.Os trabalhos de Galvani influenciaram Volta que após muitas pesquisas desenvolveu um dispositivo formado por prata e zinco ou prata e chumbo ou prata e estanho ou por cobre e estanho, cada par metálico era separado por um disco de material poroso embebida em uma solução de sal, o disco inferior era sempre de prata e o superior de zinco, essas placas terminais eram ligados fios metálicos para conduzir a eletricidade produzida. Davy em 1812 produziu um arco voltaico usando eletrodos de carvão ligados a uma bateria de muitos elementos. A pilha de Volta foi uma grande invenção, apesar da errônea interpretação que seu autor deu ao seu funcionamento. As pilhas elétricas foram idealizadas por Alessandro Volta em 1800. A chamada pilha de Volta consta de uma sobreposição de discos de cobre e zinco, soldados dois a dois e dispostos na mesma ordem, ficando cada par separado do imediato por uma rodela de pano ou de cartão embebida em água acidulada como ácido sulfúrico. Volta notou entre as placas da base e as do alto, uma diferença de potencial que dava origem a fenômenos elétricos. Este foi o ponto de partida para a construção das pilhas elétricas.A pilha é um gerador químico, isto é, transforma energia química em energia elétrica. Entre os vários tipos de pilhas destacam-se as pilhas secas e úmidas.
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 de oxidação 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 recebido pelos íons Cu+2. (lembra-se da fila de reatividade!).
E esses íons serão reduzidos e os átomos de cobre se depositaram 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) Zn+2 + 2e- (reação anódica) O eletrodo de cobre é o cátodo, um eletrodo no qual se realiza a redução. 2e- + Cu+2 Cu(s) (reação catódica) 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 ânoiiiiiiiiiiii tudo bem pessoal ??odo 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) Zn 2+ + 2 e- Cátodo : 2 e- + Cu 2+ + Cu (s) Célula: Zn(s) + Cu 2+ Zn 2+ + Cu(s) Obs: - O metal mais nobre sofre sempre redução - Ânodo = Nele ocorre à oxidação = pólo negativo da pilha - Cátodo = Nele ocorre à redução = pólo positivo da pilha
Alguns tipos de pilhas
[editar] Pilha de Daniell
Zn → Zn²+ + 2e-
Cu → Cu²+ + 2e-
Podemos observar que uma semicela é formada pela placa de zinco mergulhada numa solução de ZnSO4; a outra semicela é formada pela placa de cobre mergulhada numa solução de CuSO4. As duas soluções são colocadas em contato através de uma ponte salina ou então usamos uma placa porosa. Quando é feito o contato entre as duas barras através de um fio, que possui um voltímetro, observamos as seguintes reações:
Zn → Zn²+(aq) + 2e- (oxidação)
Cu²+(aq) + 2e- → Cu (redução)
Os elétrons partem da placa de zinco, pólo negativo ou ânodo, dirigindo-se pelo fio para a placa de cobre, pólo positivo ou cátodo. Enquanto isso, na solução, os íons sulfatos se dirigem da solução de cobre para a de zinco e íons Zn²+ da solução de zinco para a de cobre, com a finalidade de eliminar os excessos de cargas em ambas as soluções, desde que se utilize a placa porosa. Caso exista uma ponte salina, os íons da própria ponte é que migram para as soluções. Com o decorrer da reação, verifica-se que a solução de íons Cu²+ torna-se mais diluída e a barra de cobre aumenta a massa enquanto a solução de íons Zn²+ fica mais concentrada e a barra de zinco diminui a massa.
[editar] Pilhas térmicas
Pilhas térmicas são definidas como um sistema químico primário, não recarregável, inerte nas condições ambientes, possibilitando um grande tempo de estocagem e capaz de fornecer, assim que solicitado, uma descarga elétrica de alta potência. Os valores de densidade de corrente gerados são sensivelmente superiores a maior parte dos sistemas eletroquímicos conhecidos. O desempenho energético e os processos de polarização dos sistemas Ca/CaCrO4 e Li/FeS2 foram analisados a partir dos principais produtos de reação e dos resultados dos ensaios de potencial versus tempo para valores de densidade de corrente variando de 0,6 a 9,7 kA/m². Com base nos resultados obtidos são comparadas as performances de ambos os sistemas eletroquímicos. Foi observado que o sistema Ca/CaCrO4 é competitivo para tempos restritos de vida útil e para baixos valores de densidade de corrente, enquanto que o sistema Li/FeS2 mostrou-se bem mais promissor num espectro mais amplo de utilização.
[editar] Pilha de Volta
A pilha de Volta, ou pilha voltaica, de Alessandro Volta, foi a primeira fonte de tensão elétrica capaz de garantir uma corrente elétrica permanente num circuito. Ele notou, em 1798, que duas tiras de metais diferentes colocadas em uma solução ácida, desenvolvem entre elas uma tensão elétrica. Se um condutor é ligado a essas duas tiras haverá, através dele, uma passagem de elétrons.Podem-se usar praticamente quaisquer dois metais diferentes para construir esta pilha; pode-se mesmo usar de um bastão de carvão no lugar da tira de cobre. As pilhas de lanternas atuais são versões melhoradas da pilha de Volta. Em linguagem química simplificada explicamos assim: ao mergulharmos a tira de zinco na solução ácida, o zinco começa a dissolver-se, isto é, átomos de zinco começam a deixar a tira e entram na solução. Mas, cada átomo de zinco ao entrar na solução, deixa atrás de si, na placa de zinco, dois elétrons. Desse modo, a tira de zinco, por causa dos elétrons ali deixados, ficou com excesso de carga negativa. Os íons positivos de zinco (Zn++) repelem os íons positivos de hidrogênio (H+) para a tira de cobre. À medida que cada íon positivo de hidrogênio chega na tira de cobre, retira dela um elétron e torna-se, dessa forma, um átomo neutro. A tira de cobre, cedendo elétrons, ficou com excesso de carga positiva. Assim, foi criada uma diferença de potencial (força eletromotriz ou tensão elétrica) entre as tiras de zinco e de cobre. Quando ligadas a um condutor, dá-se a passagem de elétrons do zinco para o cobre. O processo continua até que toda a tira de zinco tenha sido consumida.
[editar] Pilhas Secas e Alcalinas
As pilhas secas são do tipo zinco-carbono, são geralmente usadas em lanternas, rádios e relógios. Esse tipo de pilha tem em sua composição Zn, grafite e MnO2 que pode evoluir para MnO(OH). Além desses elementos também é importante mencionar a adição de alguns elementos para evitar a corrosão como: Hg, Pb, Cd, In. Estas pilhas contêm até 0,01% de mercúrio em peso para revestir o eletrodo de zinco e assim reduzir sua corrosão e aumentar a sua performance. O NEMA (Associação Nacional Norte-Americana dos Fabricantes Elétricos) estima que 3,25 pilhas zinco-carbono per capita são vendidas ao ano nos Estados Unidos da América. As pilhas alcalinas são compostas de um ânodo, um "prego" de aço envolto por zinco em uma solução de KOH alcalina (pH~14), um cátodo de anéis de MnO2 compactado envolto por uma capa de aço niquelado, um separador de papel e um isolante de nylon. Até 1989, a típica pilha alcalina continha mais de 1% de mercúrio. Em 1990, pelo menos 3 grandes fabricantes de pilhas domésticas começaram a fabricar e vender pilhas alcalinas contendo menos de 0,025% de mercúrio. A NEMA estima que 4,25 pilhas alcalinas per capita são vendidas por ano nos EUA.
[editar] Pilha de combustível
As pilhas de combustível baseiam-se na reação nuclear de formação de carvão a partir do hidrogênio e oxigênio. Os eletrodos inertes são feitos de gelo poroso impregnados de um catalisador, níquel e óxido de níquel. O rendimento desta reação é muito elevado, rondando os 100 a 500, mas estas pilhas não armazenam energia química. Nestas pilhas os reagentes, devem ser constantemente removidos, para que não ocorra contaminação ou esgotamenteo dos reagentes. Estas pilhas não são células primarias porque, nem os reagentes, nem os produtos estão armazenados, também não é uma célula secundária porque não é o que parece.
[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
- Diferença de potencial = Ered medida em Volts
[editar] Ver também
* onde corre a redução denomina-se oxidante * onde ocorre a oxidação donomina-se redutor
