ÍNDICE
Pag.
1. Introdução -----------------------------------------------------------2
2. O que é uma pilha ------------------------------------------------- 3
2.1 Como funciona uma pilha -------------------------------------3
2.2 Pilha primária ---------------------------------------------------4
2.3 Pilha seca --------------------------------------------------------5
2.4 Sendo as Reacções de eléctrodo: -----------------------------5
2.5 Pilhas alcalina -------------------------------------------------- 5
2.6 Pilhas de mercúrio --------------------------------------------- 6
3. Comparação com as pilhas recarregáveis --------------------6
3.1 Cátodo e ânodo ------------------------------------------------- 8
3.2 Polarização ------------------------------------------------------ 8
4. Conclusão -----------------------------------------------------------9
5. Agradecimento --------------------------------------------------- 10
6. Bibliografia ------------------------------------------------------- 11
INTRODUÇÃO
Neste trabalho realizado no âmbito da disciplina de química vai se abordar sobre a pilha.
A história da pilha é bastante antiga e nos remete ao nome de Luigi Galvani, médico e professor de anatomia da Universidade de Bolonha, que tinha em seus estudos uma área que reunia interesses quanto aos efeitos de descargas elétricas; Galvani observou que ocorrência de movimento na perna de uma rã, mesmo que amputada ou dissecada, quando essa fazia parte de um circuito elétrico. Ele descreveu essa experiência em seus estudos como se existisse uma “eletricidade animal” e mais tarde os publicou.
Alessandro Volta discordou das conclusões de Galvani e passou a realizar testes, chegando mais tarde a resoluta de que, mais atenção deveria ser dada aos metais e não a rã pois, os músculos só se contraiam devido aos contatos elétricos e os metais interagiam entre si de forma ainda pouco conhecida. Conclui mais tarde que a diferença dos metais era quem causava o fenômeno.
Para prosseguir em seus trabalho Volta precisou reformular os conceitos de eletricidade e foi nesse ponto em que ele disse: “ A quantidade de eletricidade que é posta em movimento pelo contato de metais não é pequena; Ela é de fato considerável, mesmo sendo pouco detectada no eletrômetro e facilmente isolada por mais condutores”. Volta estava certíssimo. A força elétrica dava entrada no mundo.
A Pilha era inicialmente uma pilha de discos de zinco e cobre, cada um separado por outros discos de papelão umedecidos com água acidulada.
O QUE É UMA PILHA
A pilha é uma fonte portátil de energia que é composta de três itens básicos: um ânodo, um cátodo e um eletrólito. Ânodo - Eletrodo Negativo da Pilha (pólo negativo) Cátodo - Eletrodo Positivo da Pilha (pólo positivo) Eletrólito - Condutor iônico que envolve os eletrodos de uma pilha, ou seja, solução condutiva entre os dois eletrodos.
Estes três componentes podem ser feitos de muitos materiais diferentes e também podem ser combinados de várias formas.
A escolha do material a ser usado, o tipo, e a qualidade destes materiais são importantes para determinar os níveis de energia e de desempenho da pilha.
COMO FUNCIONA UMA PILHA
Para ilustrar como funciona a pilha e como interagem seus componentes, veja ao lado o exemplo simplificado de uma pilha e uma lâmpada em funcionamento.
A medida que a lâmpada recebe energia da pilha, os elétrons começam a fluir do ânodo, através da conexão externa da lâmpada, e chegam ao cátodo.
Conforme a utilização da pilha, a sua voltagem diminui, já que o ânodo e o cátodo fazem trocas eletroquímicas. Esta troca de energia continuará até que o ânodo não possa liberar elétrons e o cátodo não possa recebê-los.
Uma vez que a pilha atinge este estado, a lâmpada não acenderá mais. O tempo de duração de uma pilha depende de vários fatores: o tamanho da pilha, o consumo de energia da lâmpada ou de qualquer outro aparelho e quanto tempo usam-se a pilha.
As pilhas dividem-se em 2 tipos principais:
AS PRIMÁRIAS – são aquelas de uso descartável, que não aceitam recarga. Dos vários tipos existentes as mais comuns são as de zinco-carvão (baratas e de baixa capacidade) e as alcalinas, que embora custem mais caro, apresentam uma capacidade maior, sendo de menor custo por watt na maioria das aplicações.
AS SECUNDÁRIAS – são as que podem ser recarregadas.
Existem dois tipos de pilhas: as pilhas primárias e as pilhas secundárias.
As Primárias (não recarregáveis), são aquelas em que o produto químico não pode voltar à sua forma original uma vez esgotado, por ter convertido a energia química em eléctrica.
As Secundárias (recarregáveis), são aquelas em que a transformação da energia química em eléctrica é reversível, podendo ser recarregadas e utilizadas várias vezes. Estas pilhas também se denominam como acumuladores.
PILHA PRIMÁRIA
Uma pilha primária é uma célula electrolítica, ou um conjunto funcional deste género de células, que não pode ser sujeita à inversão da reacção electrolítica. Isto significa pois que os reagentes químicos destes dispositivos não podem ser recolocados nas suas posições e capacidades iniciais simplesmente pela passagem de corrente eléctrica no seu interior. As pilhas primárias consomem por isso os materiais num ou em ambos os eléctrodos.
Outro aspecto muito importante é a possibilidade de recarga. As pilhas não recarregáveis, também ditas pilhas primárias, são cada vez menos usadas, embora existam aplicações específicas em que são as mais adequadas. No quadro seguinte apresentam-se três tipos de pilhas primárias, e respectivos parâmetros.
SECA | ALCALINA | MERCÚRIO | |
Carga total (mA h) | – | 700 | – |
Voltagem (V) | 1.5 | 1.54 | 1.35 |
Observações | Pode ter fugas durante Armazenamento prolongado. | Substituiu a pilha seca. | O mercúrio é tóxico.Reciclar. |
PILHA SECA
Pilha seca. A pilha seca, também dita pilha de zinco-carbono, é uma variante da pilha de Leclanché, e é baseada em zinco e em dióxido de manganês. Nestas pilhas o ânodo (exterior da pilha) é de zinco e está em contacto com uma pasta quase sólida (daí um dos nomes da pilha) contendo cloreto de zinco.
O cátodo, inerte, é de grafite e está em contacto com uma pasta de grafite em pó e dióxido de manganês. As pastas estão separadas por papel húmido e condutor, e ambas as pastas e papel contêm cloreto de amónio. A pilha, com uma f.e.m. de 1.5 V, pode ser representada por: Zn|Zn2+||MnO2|grafite.
Sendo as reacções de eléctrodo:
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- (ânodo)
2 MnO2(s) + 2 NH4
+(aq) + 2e- → Mn2O3(s) + 2 NH3(aq) + H2O(l) (cátodo)
A reacção global é pois
Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4
+(aq) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2 NH3(aq) + H2O(l)
Ao contrário do que sucede com a maior parte das pilhas, que “morrem” subitamente, a diferença de potencial das pilhas secas começa a diminuir gradualmente após algum tempo de utilização, altura em que se tornam “fracas”, e é aviso de que devem ser substituídas.
PILHA ALCALINA
Pilha alcalina. Nesta pilha ambos os eléctrodos são de aço e inertes. O do ânodo está em contacto com zinco pulverizado. O do cátodo está em contacto com uma pasta de óxido de manganês e grafite em pó, como na pilha anterior.
As pastas estão separadas por papel húmido e condutor, e ambas as pastas e papel contêm KOH, e daqui a designação “alcalina” dada à pilha. Esta, com uma f.e.m. de 1.54 V, é representada por:
Aço| Zn|Zn2+||MnO2|aço
Sendo as reacções de eléctrodo:
Zn(s) + 2 OH-(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e- (ânodo)
2 MnO2(s) + H2O(l) + 2e- → Mn2O3(s) + 2 OH-(aq) (cátodo)
A reacção global é pois
Zn(s) + 2 MnO2(s) → ZnO(s) + Mn2O3(s).
A pilha alcalina não é susceptível de fugas, dado que o seu corpo exterior é de aço. Por essa razão substituiu quase completamente a pilha seca.
A pilha alcalina descrita não é recarregável, podendo produzir-se a libertação de KOH ou ocorrer mesmo uma explosão em caso de se tentar a sua recarga.
Embora não muito competitivas (têm poucos ciclos de recarga), existem pilhas alcalinas recarregáveis, mas com uma estrutura e composição diferentes.
PILHA DE MERCÚRIO.
Pilha de mercúrio. Nestas pilhas os eléctrodos são de zinco amalgamado (ânodo) e de carbono (cátodo). O eléctrodo de carbono é inerte e está em contacto com óxido de mercúrio.
O electrólito do compartimento é uma pasta alcalina, contendo hidróxido de potássio. A pilha, com uma f.e.m. de 1.35 V, é representada por:
Zn|electrólito|HgO|C
Sendo as reacções de eléctrodo:
Zn(s) + 2 OH-(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e- (ânodo)
HgO(s) + H2O(l) + 2e- → Hg(l) + 2 OH-(aq) (cátodo)
A reacção global é pois
Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l)
As pilhas de mercúrio devem ser recicladas uma vez que o mercúrio é tóxico.
COMPARAÇÃO COM AS PILHAS RECARREGÁVEIS
As pilhas/baterias primárias, cujo exemplo mais vulgar são as pilhas descartáveis, têm um comportamento oposto ao das pilhas recarregáveis.
A utilização destas últimas compensa economicamente quando o seu custo inicialmente mais elevado e a despesa de integração de um sistema de carregamento podem ser espalhados ao longo de muito ciclos, tal como sucede em baterias recarregáveis de ferramentas eléctricas (como berbequins).
Seria com efeito bastante dispendioso substituir baterias primárias de alta capacidade após somente algumas horas de utilização.
As pilhas primárias são por sua vez úteis quando é necessário armazenar energia eléctrica durante longos períodos de tempo, já que podem ser construídas para possuirem uma taxa de auto-descarga mais baixa do que o das baterias recarregáveis de modo a que toda a sua capacidade esteja disponível a pedido.
As aplicações que requerem pouca intensidade de corrente ao longo de um longo período de tempo (por exemplo, detectores de fumo) usam também baterias primárias, já que a corrente de auto-descarga de uma bateria secundária excederia a corrente de carga e limitaria o seu tempo de serviço a somente alguns dias ou semanas.
A título de exemplo, as lanternas utilizadas em situações de emergência têm de funcionar quando necessário, mesmo se estiveram na prateleira durante um longo período de tempo.
As células primárias são também mais eficientes em termos de custo neste tipo de situações, já que as baterias recarregáveis utilizariam apenas uma pequena fracção dos ciclos de recarga disponíveis.
As pilhas de reserva alcançam períodos de armazenamento muito longos (na ordem dos 10 ou mais anos) sem perda de capacidade, mas requerem a separação física dos componentes da bateria e a sua montagem somente no momento em que vão ser usados.
Este género de dispositivo é dispendioso mas pode ser encontrado em aplicações como munições, que podem estar muitos anos armazenadas antes de poderem ser utilizadas.
CÁTODO E ÂNODO
A placa que cumpre a função de terminal de carga positiva (geralmente feita em carbono) é conhecida por cátodo, e a placa que desempenha a função de terminal de carga negativa (normalmente fabricada em zinco) é designada como ânodo.
No interior da célula o ânodo é o eléctrodo onde a oxidação química ocorre, já que aceita electrões do electrólito. O cátodo é definido como o eléctrodo no qual a redução química ocorre, já que doa electrões ao electrólito. Fora da célula a terminologia usada é diferente.
Uma vez que o ânodo aceita electrões do electrólito, torna-se negativamente carregado e é assim associado ao terminal marcado como “-” no exterior da célula. O cátodo doa por sua vez electrões ao electrólito e torna-se positivamente carregado, sendo assim associado ao terminal marcado como “+” no exterior da célula.
POLARIZAÇÃO
Uma pilha primária torna-se polarizada quando é usada. Isto significa que o hidrogénio se acumula no cátodo e reduz a eficiência da célula. Para remover o hidrogénio é necessário o uso de um despolarizador, que pode ser mecânico, químico, ou electromecânico. Foram já efectuadas tentativas para dar uma capacidade auto-despolarizante a células de tipo simples através de rugosidades na superfície da placa de cobre, mas obtiveram pouco sucesso.
A despolarização química usa um agente oxidante, como o dióxido de manganês (nas células de zinco-carbono e de Leclanché) ou o ácido nítrico (nas células de Bunsen e de Grove) para oxidar o hidrogénio em água. A despolarização electroquímica troca o gás de hidrogénio por um metal, como o cobre (célula de Daniell) ou a prata (célula de óxido-prata).
CONCLUSÃO
Durante a investigação deste trabalho cheguei a conclusão de que Uma pilha ou bateria é um dispositivo que transforma energia química em energia eléctrica.
Os termos são usados indistintamente, no entanto, Pilha é constituída por dois únicos eletrodos, Bateria é um conjunto de pilhas agrupadas em série ou paralelo. A pilha tem três partes: os electrodos, o electrólito e o recipiente.
A pilha primária é uma pilha na qual a reacção química acaba por destruir um dos electrodos, normalmente o negativo. A pilha primária não pode ser recarregada.
AGRADECIMENTO
Agradeço primeiramente a Deus por ter me dado a proteção divina e me ter dado a vida e a saúde, agradeço também aos meus pais por terem me ajudado bastante e me terem dado força e coragem nos meus estudos.
Agradeço a todos quanto fizeram parte na elaboração deste trabalho, e ao professor por ter nos abordado um tema muito importante e ate fiquei orgulhado por ter encontrado um professor que tem sabido transmitir os conhecimentos com todos os métodos, simples e que facilita a compreensão dos seus alunos, espero que no fim do ano lectivo possamos pôr em prática tudo quanto temos aprendido para poder transmitir de forma sábia e científica.
BIBLIOGRAFIA
ü Este trabalho foi investigado nos seguintes sites:
ü Enciclopédia Wikipédia
ü http://wikienergia.com/~edp/index.php?title=Pilha_prim%C3%A1ria
