Módulo 12

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PILHAS E BATERIAS
 1. CONCEITO E HISTÓRICO
Pilhas são dispositivos nos quais uma reação espontânea de oxirredução transforma energia química em energia elétrica (corrente elétrica).
A primeira pilha elétrica foi criada em 1800 pelo cientista italiano Alessandro G. A. Volta. Ele empilhou discos alternados de zinco e cobre, separando-os por pedaços de pano embebidos em solução de ácido sulfúrico. Sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e cobre das extremidades, esse aparelho conduzia corrente elétrica e passou a ser chamado de pilha de VOLTA e os aparelhos similares de células voltaicas (homenagem a Volta)
Na realidade, o primeiro a realizar experimentos relacionados às pilhas foi Luigi Galvani, porém a interpretação dos resultados por ele foi errada.
Volta se tornou uma celebridade e em 1801 foi recebido por Napoleão para demonstrar sua descoberta.
Alessandro Volta demonstra sua descoberta a Napoleão na Academia de Ciências de Paris.
 2. PILHA DE JOHN FREDERIC DANIELL
Em 1836, o químico inglês John Frederic Daniell modificou a pilha de Alessandro Volta, utilizando, ao invés de soluções ácidas de H2SO4, soluções de sais, tornando assim a experiência menos perigosa.
A pilha de Daniell, abaixo esquematizada, é constituída de um eletrodo de zinco mergulhado numa solução padrão de sulfato de zinco, ZnSO4, e um eletrodo de cobre mergulhado numa solução padrão de sulfato cúprico, CuSO4.
Cada compartimento, chamado de meia-célula é separado por uma placa porosa ou uma ponte salina.
Os eletrodos de zinco e cobre são ligados por um fio metálico conectado a uma lâmpada, a um interruptor e a um voltímetro.
Dados: 
Zn2+(aq) + 2e- ( Zn(s) 
E0 = - 0,76V
Cu2+(aq) + 2e- ( Cu(s) 
E0 = + 0,34V
 3. DURANTE O FUNCIONAMENTO
Fechando-se o interruptor do circuito elétrico-iônico, a lâmpada acende, indicando a passagem da corrente elétrica (fluxo de elétrons pelo fio metálico) e, teremos então, o início de dois fenômenos químicos: oxidação e redução.
1º. SEMI-CÉLULA DE ZINCO ( OXIDAÇÃO
· A placa de zinco, mergulhada numa solução de ZnSO4, de concentração 1 mol/L à 25ºC, sofre "corrosão", oxidação. Os átomos de zinco metálico (Znº) se desprendem da lâmina e passam para a solução na forma de cátions Zn2+.
Znº(s) ( Zn2+(aq) + 2e-
A placa de zinco sofrendo "corrosão", oxidação vai diminuindo de tamanho ou de "massa".
· Os íons Zn2+ liberados pela placa de zinco para a solução, provocam um aumento de concentração na mesma e um desiquilíbrio de cargas. Para restabelecer o equilíbrio, uma parte desses cátions Zn2+ migra, através da parede porosa ou da ponte salina para a outra semi-célula.
· Os elétrons liberados na oxidação do zinco, percorrem o fio metálico, passando pela lâmpada, que se acende. O eletrodo de zinco é, portanto, aquele que fornece elétrons, sendo, por essa razão denominado de pólo negativo, ÂNODO.
2º. SEMI-CÉLULA DE COBRE ( REDUÇÃO
· A placa de cobre, mergulhada numa solução de CuSO4, de concentração 1 mol/L à 25ºC, recebe os elétrons liberados na oxidação do zinco. 
Os elétrons que chegam à lâmina de cobre, são recebidos pelos íons cobre II, dissolvidos na solução que sofrem redução.
Cu2+(aq) + 2e- ( Cu0(s)
O Cu0 formado deposita-se sobre a própria placa de cobre, aumentando a sua massa. Portanto, isto explica porque a lâmina de cobre aumenta de massa.
· A solução vai se empobrecendo de íons Cu2+ e portanto, diminuindo sua concentração. Por outro lado, começa a haver excesso de íons sulfato - SO42-. Para restabelecer o indispensável equilíbrio elétrico, uma parte dos íons SO42- migra, através da parede porosa ou ponte salina, para a outra semi-célula.
· O eletrodo de cobre que recebe os elétrons liberados na oxidação do zinco é denominado polo positivo - CÁTODO.
 4. PONTE SALINA
A ponte salina contém uma solução de KCl e tem como função permitir o intercâmbio de íons entre as duas semi-células de tal forma que seja mantido o equilíbrio elétrico.
Tanto por ela como pela parede porosa há um movimento de cátions em excesso que se dirigem para o cátodo e ânions também em excesso que se dirigem para o ânodo.
 5. CÁLCULO DA TENSÃO ELÉTRICA DA PILHA
A tensão elétrica da pilha, também chamada de "diferença de potencial (ddp = (E)", "voltagem" ou "força eletromotriz (f.e.m)".
Pode ser calculada pela fórmula:
(E = E0oxi do ânodo + E0red do cátion
ou
(E = E0MAIOR - E0MENOR
Para a pilha de Daniell os potenciais de redução à 25ºC são:
Zn2+(aq) + 2e- ( Zn(s) 
E0 = - 0,76V
Cu2+(aq) + 2e- ( Cu(s) 
E0 = + 0,34V
(E0 = (+0,34) - (-0,76)
(E0 = + 1,10V
Observamos que (E0 = + 1,10V, ou seja (E0 > 0 indica que o funcionamento da pilha é espontâneo no sentido indicado.
 6. REPRESENTAÇÃO DE UMA PILHA
Esquematicamente, a IUPAC convencionou representar a pilha de Daniell (e de todas as demais pilhas, da seguinte maneira:
Zn0/Zn2+ // Cu2+/Cu0
ATIVIDADES
01. (UNESP) A obtenção de energia é uma das grandes preocupações da sociedade contemporânea e, nesse aspecto, encontrar maneiras efetivas de gerar eletricidade por meio de reações químicas é uma contribuição significativa ao desenvolvimento científico e tecnológico.
A figura mostra uma célula eletroquímica inventada por John Daniell em 1836. Trata-se de um sistema formado por um circuito externo capaz de conduzir a corrente elétrica e de interligar dois eletrodos que estejam separados e mergulhados num eletrólito. Uma reação química que ocorre nesse sistema interligado leva à produção de corrente elétrica.
Com base nessas informações, afirma-se que:
I. 
Nessa célula eletroquímica, a energia produzida pela reação de oxirredução espontânea é transformada em eletricidade.
II. 
Os elétrons caminham espontaneamente, pelo fio metálico, do eletrodo de zinco para o de cobre.
III. 
A reação de redução do Cu2+ consome elétrons e, para compensar essa diminuição de carga, os íons K+ migram para o cátodo através da ponte salina.
IV.
A força eletromotriz gerada por essa célula eletroquímica a 25°C equivale a 
- 1,1 V.
É correto o que se afirma em:
a) I, II e III, apenas.
b) I, II e IV, apenas.
c) I, III e IV, apenas.
d) II, III e IV, apenas. 
e) I, II, III e IV. 
02. (UFMT-MG) Uma célula eletroquímica construída com eletrodos de zinco e de cromo em soluções de seus respectivos íons é apresentada na figura. 
Dados os potenciais padrão de redução: 
Zn2+(aq) + 2e- ( Zn(s) 
E° = - 0,76V
Cr3+(aq) + 3e- ( Cr(s) 
E° = - 0,74V 
Sobre essa célula eletroquímica, foram feitas as seguintes afirmações:
I. 
A leitura no voltímetro indica o valor de 0,80 V.
II. 
O eletrodo de zinco é o pólo positivo da bateria.
III. 
Os elétrons fluem do eletrodo de zinco para o eletrodo de cromo.
IV. 
O compartimento catódico da pilha contém o eletrodo de zinco. 
V. 
O processo realizado é espontâneo. 
São corretas somente as afirmações:
a) I, II, III e IV.
b) I, II, IV e V.
c) I, III e V. 
d) II e IV.
e) III e V.
03. (UEPG-PR) A figura abaixo ilustra o esquema de uma pilha formada por um eletrodo de Zn em solução de Zn2+ e um outro eletrodo de um determinado metal M em solução dos seus íons Mz+ (onde Z+ constitui a carga do metal).
Na tabela abaixo estão descritos os potenciais padrões (E°) de alguns metais:
De acordo com estes dados, assinale o que for correto. 
(01) 
Quando M = Ag(s), os elétrons migram do eletrodo de prata para o eletrodo de zinco.
(02) 
Quando M = Cu, o eletrodo de cobre é o cátodo (polo negativo) e o eletrodo de zinco é o ânodo (polo positivo).
(04) 
O potencial padrão de eletrodo (E°) da semirreação: Ag+(aq) + 1e- ( Ag(s) é o escolhido como padrão referência para se obter o E° para todas as outras semirreações.
(08) 
Se o M = Pb, o potencial total da pilha será igual a 0,63 V e a reação será espontânea.
(16) 
Para M = Cu, a reação total da pilha é:
Cu2+(aq) + Zn(aq) ( Cu(s) + Zn2+(aq), onde o íon cúprico é o agente oxidante.
04. (UFBA) Com base no processo eletroquímico representado na figura abaixo, pode-se afirmar:
(01) 
A massada lâmina X0 diminui com o tempo.
(02) 
Nesse processo, há absorção de energia.
(04) 
O ânodo da pilha é X0/X+.
(08) 
A reação global da pilha é X0(s) + Y+(aq) ( X+(aq) + Y°(s)
(16) 
X0 é o oxidante.
(32) 
Durante o processo eletroquímico, a concentração das soluções, em A e em B, permanece inalterada.
(64) 
A função da ponte salina é equilibrar as cargas.
05. (UEM-PR) Considerando os dados da tabela abaixo, assinale o que for correto.
(01) 
O potencial padrão de oxidação do Cr3+ é - 0,74V.
(02) 
Uma pilha montada com cobre e lítio possui equação global 
Cu2+ + Li ( Cu + Li+. 
(04) 
A força eletromotriz de uma pilha montada com ouro e cobre é 1,16 V.
(08) 
A força eletromotriz de uma pilha montada com cobre e prata é 1,14 V.
(16) 
Uma pilha montada com bário e prata possui equação global 
2Ag+ + Ba ( 2Ag + Ba2+.
No lado direito, representamos o
CÁTODO = POLO POSITIVO
No lado esquerdo, representamos o
ÂNODO = POLO NEGATIVO