RESUMO PILHAS E BATERIAS

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
 CAMPUS PAU DOS FERROS
PROFESSORA: Dra. SANDERLIR SILVA DIAS
 TURMA: 01
 
 
 
 
JOSÉ RENATO DE NÉ
 
 
 
RESUMO DE QUIMICA APLICADA À ENGENHARIA
 
 
 
 
 
 
 
 PILHAS E BATERIAS 
 
 
 
 
 
 
 
 Pau dos Ferros - RN
2018
Pilhas e Baterias
No dia-a-dia usamos os termos pilha e bateria indistintamente. Pilha é um dispositivo constituído unicamente de dois eletrodos e um eletrólito, arranjados de maneira a produzir energia elétrica. Bateria é um conjunto de pilhas agrupadas em série ou paralelo, dependendo da exigência por maior potencial ou corrente. Desse modo, o processo eletrolítico envolvido em uma pilha ou em uma bateria é o mesmo, e trata de uma troca de elétrons entre duas espécies, um agente oxidante e um agente redutor. As pilhas e baterias podem ser classificadas em primárias ou secundárias, sendo que as primárias não são recarregáveis (seca, alcalina e de lítio são exemplos) e as secundárias são recarregáveis (de chumbo, íon lítio, NiCad e NiMH são exemplos). A função básica desses dispositivos é aumentar a energia potencial das cargas que os atravessam, e são chamadas fontes de força eletromotrizes.
O processo químico de troca de elétrons, conhecido como oxirredução, é responsável pelo funcionamento e propriedades das pilhas e baterias de nosso cotidiano. Dentro das pilhas são colocadas certas substâncias químicas que reagem espontaneamente transferindo elétrons, isto é, por meio de reações de oxirredução. As pilhas possuem dois eletrodos, que são:
- Ânodo: polo negativo onde ocorre a oxidação;
- Cátodo: polo positivo onde ocorre a redução
Nesse processo existe a conversão de energia química em energia elétrica, ou seja, usam-se as reações químicas de oxirredução espontâneas para a geração de eletricidade. 
Vamos conferir algumas dessas reações químicas de oxirredução em pilhas e baterias:
Nas pilhas e baterias Primárias: Quando o reagente é todo consumido e a reação de oxirredução que ocorre dentro delas cessa, essas pilhas devem ser descartadas
Pilha seca de Leclanché ou pilha ácida: São pilhas comuns de lanternas, brinquedos, entre outros.
Essa pilha também é chamada de pilha de zinco/dióxido de manganês, pois o seu ânodo (polo negativo, que sofre oxidação) é um invólucro de zinco; enquanto o cátodo (polo positivo, que sofre redução) é formado por um bastão de grafite que fica no centro e está envolvido por uma camada de dióxido de manganês, carvão em pó e uma pasta úmida de cloreto de amônio e cloreto de zinco.
O cilindro de zinco fica separado das outras substâncias químicas por um papel poroso e, conforme mostram as semirreações nos eletrodos abaixo, o zinco transfere elétrons para o manganês por meio da barra de grafite:
Ânodo: Zn (s) → Zn2+(aq) + 2 e-
Cátodo: 2 MnO2(aq) + 2 NH4 1+(aq)  + 2e-  → 1 Mn2O3  (s) + 2NH3(g) + 1 H2O(l)
Reação Global: Zn (s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH41+(aq) → Zn2+(aq) + 1 Mn2O3(s) + 2NH3(g)
Pilha alcalina:  É um tipo de fonte portátil de energia. Tem diferença de potencial de 1,5 V e pode ou não ser recarregável. Indicada para equipamentos que requerem descargas de energia rápidas e fortes, como câmeras digitais, lanternas, etc.
Essa pilha tem o mesmo esquema da pilha anterior (zinco/dióxido de manganês), porém, com a diferença de que o eletrólito é uma base, e não um ácido. No lugar do cloreto de amônio (que é um sal de caráter ácido) é utilizado o hidróxido de sódio ou de potássio.
As reações que ocorrem nessa pilha são:
Ânodo: Zn + 2OH →  ZnO  + H2O + 2e-
Cátodo: 2 MnO2 + H2O + 2e- → Mn2O3  + 2OH
Reação global: Zn +2 MnO2 →  ZnO  + Mn 2O3
Baterias de lítio: As baterias de lítio encontram aplicações em aparelhos críticos que exigem de longa vida, como relógios, computadores, marca-passos cardíacos, câmeras digitais, etc. 
Nesse tipo de bateria o ânodo é o lítio, o cátodo é o dióxido de manganês, e o eletrólito é uma solução salina:
Ânodo: Li → Li+ + e−
Cátodo: MnO2 + Li+ + e− → MnO2(Li)
Reação global: Li + MnO2 → MnO2(Li)
Nas pilhas e baterias Secundárias: Essas pilhas ou baterias podem ser recarregadas por meio da aplicação de uma diferença de potencial (por meio de um gerador, como carregador específico para o aparelho, um alternador ou um dínamo). Com isso, as reações envolvidas no funcionamento desses dispositivos ocorrem no sentido contrário, regenerando os reagentes e permitindo que a bateria seja utilizada novamente.
Baterias de chumbo usadas em automóveis: A maioria dos automóveis da atualidade utilizam esse tipo de bateria que precisa de recargas de quando em qunado.
O ânodo dessa bateria é formado por placas de chumbo metálico, e o cátodo é formado por placas de chumbo revestidas de PbO2(s). Essas placas são intercaladas e separadas por papelão ou plástico e mergulhadas em uma solução de ácido sulfúrico concentrado, formando uma série de seis pilhas, com 2V cada e fornecendo um total de diferença de potencial de 12 V.
O chumbo oxida-se, perdendo elétrons, enquanto o dióxido de chumbo reduz-se, ganhando elétrons:
Ânodo: Pb +HSO41-+ H2O ↔  PbSO4 + H3O1+ + 2e-
Cátodo: PbO2 + HSO41-+ 3H3O1+ + 2e-↔ PbSO4 + 5 H2O
Reação global: Pb + PbO2 + 2 HSO41-+ 2 H3O1+↔ 2 PbSO4 + 4 H2O
Bateria de celular (bateria de íon lítio): Os celulares que usamos no dia a dia precisam constantemente de carga para um bom funcionamento que proporcione satisfação nas atividades exercidas por esse meio de comunicação. O processo de transformação de energia na bateria de um celular é descrito posteriormente: 
O cátodo dessa bateria é um composto de óxido de lítio e cobalto, e o ânodo é o carbono, sendo que esses dois eletrodos estão separados por um eletrólito não condutor.
O seu funcionamento ocorre pelo movimento dos íons de lítio do ânodo em direção ao cátodo através do eletrólito:
Ânodo: LiyC6 (s) + y Li+(solv) + y e-→Lix+yCoO2(s)
Cátodo: LixCoO2 (s) + y Li+(s) + y e-→Lix+yCoO2(s)
Reação Global:  LiyC6(s) → 6 C (s) + y Li+ (solv) + y e-
Pilha ou bateria de níquel/cádmio: Utilizadas em aparelhos que precisam ser recarregados constantemente, como aparelhos eletrônicos em geral. Esse tipo de pilha vem sendo substituído pelas pilhas de Hidretos metálicos que são mais avançadas tecnologicamente e menos prejudiciais ao meio ambiente.
O ânodo dessa bateria é uma liga de ferro e cádmio, e o cátodo é revestido por uma camada de hidróxido (ou óxido) de níquel III:
Ânodo: 1 Cd(s) + 2 OH-(aq) → 1 Cd(OH)2(s) + 2e-
Cátodo: 2 NiOOH + 4 H2O(?) + 2e- → 2 Ni(OH)2 . H2O(s) +2 OH-(aq)
Reação global: 1 Cd(s) + 2 NiO(OH) + 2 H2O(?) → 1 Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s)
A necessidade de armazenar ou gerar energia aumentou ao longo da história da humanidade. A partir disso, também houve a necessidade de recarregar uma energia que foi perdida. Com o avanço tecnológico, tornou-se possível a utilização da recarga tanto para pilhas como para baterias, mas esse processo também tem a chamada vida útil desses geradores, que depende de seu bom uso e de sua qualidade. 
Referências 
 http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc11/v11a01.pdf
FELTRE, Ricardo; Fundamentos da Química, vol. Único, Ed. Moderna, São Paulo/SP – 1990.
RUSSELL, John B.; Química Geral vol.1, São Paulo: Pearson Education do Brasil, Makron Books, 1994.
SILVA DA SILVA, André Luis . Pilhas e Baterias. Disponível em: <https://www.infoescola.com/quimica/pilhas-e-baterias/>. Acesso em: 16 jan. 2018.
VARGAS FOGAÇA, Jennifer Rocha. Pilhas e baterias primárias e secundárias. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/pilhas-baterias-primarias-secundarias.htm>. Acesso em: 16 jan. 2018.
MICHA, Renan . Eletroquimica. Disponível em: <http://educacao.globo.com/quimica/assunto/eletroquimica/pilhas.html>. Acesso em: 16 jan. 2018.