O que é uma pilha eletroquímica

Pilhas alcalinas

O cientista John Frederic Daniell (1790-1845) em 1836 propôs uma célula elétrica aprimorada que fornecia uma corrente uniforme durante a operação contínua. A célula de Daniell deu um novo impulso à pesquisa elétrica e encontrou muitas aplicações comerciais. Até então a célula voltaica, que era a primeira fonte de eletricidade contínua da época tinha um uso limitado pois perdia energia rapidamente à medida que a corrente era consumida. A importância do invento de Daniell foi tão grande que em 1837, ele recebeu o maior prêmio da Royal Society, a Medalha Copley.

Estamos precisando de um novo impulso para as diversas pilhas. Como os dispositivos evoluiram mais rápido, estamos precisando melhor a vida de diversas pilhas, como pilhas para aparelhos auditivos, pilhas para holter além é claro da reciclagem delas. 

Dainell construiu um dispositivo, conhecido como pilha eletroquímica, que é formado por duas placas metálicas separadas por semi-células chamada de eletrodos. No gift abaixo mostra como é uma pilha eletroquímica proposta por Daniell; ou seja, um dos eletrodos é formado por uma placa de zinco metálico (Zn(s)) mergulhada em uma solução que contendo sal íons zinco (Zn2+(aq)), como uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4(aq)).

Já o segundo eletrodo é formado por uma placa de cobre metálico (Cu(s)) mergulhada em uma solução que contém cátions cobre (Cu2+(aq)), como uma solução de sulfato de cobre (CuSO4(aq)). Esses dois eletrodos são interligados por um circuito externo, com uma lâmpada, formando a pilha eletroquímica. O acendimento da lâmpada indica que está ocorrendo a passagem de corrente elétrica através do circuito elétrico da pilha eletroquímica.

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O interessante da pilha eletroquímica de Daniell é que com o passar do tempo ocorrem outras mudanças:

  • A placa de zinco é corroída, perdendo massa; 
  • A placa de cobre aumenta de massa;
  • A solução de sulfato de cobre que inicialmente é azul e fica mais descorada.

Essas mudanças ocorrem na pilha eletroquímica por causa da reação de oxirredução nos dois eletrodos. Para ocorrer uma reação de oxirredução é necessário que a capacidade de atração de elétrons de um material seja maior que o outro.

Então, como a capacidade de redução do Cu2+ é maior que do Zn2+, os íons Cu2+ são reduzidos e o Zno é oxidado. Desse modo, o Zno é oxidado, perdendo elétrons, tornando-se o polo negativo dessa pilha, que é chamado de ânodo, de acordo com a seguinte semirreação oxidação:

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-

Os elétrons liberados pela oxidação do Zno são transferidos através da pilha de Daniell para o eletrodo de cobre. No eletrodo de Cuo ocorre a seguinte semirreação de redução que torna o polo do eletrodo positivo:

Cu2+(aq) + 2 e- →  Cu(s) 

Em termos de reação global podemos temos as seguintes reações: 

  • Semirreação do ânodo: Zno(s) → Zn2+(aq) + 2e-
  • Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)
  • Reação Global da Pilha: Cu2+(aq) + Zno(s) → Zn2+(aq) + Cuo(s)

A convenção mundial de representação das pilhas é feita com base na seguinte ordem:

Seguindo essa notação química recomendada pela IUPAC, a representação da pilha de Daniell é dada por:

Zn|Zn^{2+}||Cu^{2+}|Cu

Observe que no lado esquerdo temos representada a semi-reação: Zno(s) → Zn2+(aq) + 2e-. Ao invês de um seta temos uma barra, indicando duas fases (líquida e sólida), Depois temos duas barras juntas indicando a ponte salina e, finalmente, a semi-reação Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) com uma barra também indicando duas fases.

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