Relatorio 3

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Instituto Federal de Educação, CIência e Tecnologia do
Sudeste Minas Gerais - Campus Barbacena
Físico-Química Experimental
ELETROQUÍMICA: PILHAS
Aluno: Eduardo Maciel da Silva
9º Período de Licenciatura em Química
Barbacena
27/06/2021
Introdução
Sabe-se que os estudos sobre eletroquímica começaram em meados do século
18, perdurando-se até o início do século 20, e logo depois desapareceu, devido a
utilização excessiva de princípios termodinâmicos na análise dos processos que
acontecem em pontos do sistema onde as várias partes formam interfaces.
Tem-se que a Eletroquímica é o estudo da eletricidade e como ela se relaciona
com as reações químicas. Na eletroquímica, pode-se gerar a eletricidade por
movimentos de elétrons de um elemento para outro em uma reação conhecida
como reação redox, ou reação de oxidação-redução. A ciência eletroquímica tem
uma infinidade de aplicações, variando de tecnologia solar a inovações biomédicas.
Tem-se conhecimento de que as pilhas são, basicamente, dispositivos que
produzem corrente elétrica a partir de reações químicas. No caso, estamos falando
propriamente da oxidação e da redução de componentes metálicos que compõem
sua estrutura. Portanto, as reações envolvidas nas pilhas são:
Oxidação: é a capacidade que um material apresenta de perder elétrons;
Redução: é a capacidade que um material apresenta de ganhar elétrons.
Nas pilhas e baterias: A energia química é convertida em energia elétrica, ou
seja, nesses dispositivos, são colocadas espécies químicas para reagirem
espontaneamente, havendo transferência de elétrons entre elas. Uma espécie sofre
redução, e a outra, oxidação. Essa transferência de elétrons é aproveitada para
gerar corrente elétrica, que faz alguns equipamentos elétricos funcionarem. As
pilhas também são denominadas como células galvânicas.
Partindo dos mesmos conceitos, porém com caminho reverso, chega-se ao
estudo da eletrólise: Esse é um processo inverso ao que ocorre nas pilhas e
baterias, ou seja, a energia elétrica é transformada em energia química de uma
forma não espontânea. Isso é feito quando se passa corrente elétrica por um
sistema líquido que possui íons dissolvidos, produzindo reações de oxirredução.
OBJETIVOS
Analisar e assimilar o funcionamento e conceitos das pilhas com base nos
estudos sobre a eletroquímica
METODOLOGIA
Realizar a busca no embasamento da revisão literária sobre Eletroquímica, com
a premissa de compreender os conceitos e aplicações por trás das pilhas e baterias
e responder às questões propostas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
1) Apresente os principais componentes de uma pilha do tipo Leclanché.
Quais as funções de cada um?
A pilha de Leclanché é constituída por um cilindro de zinco metálico, que
funciona como ânodo, separado das demais espécies químicas presentes na pilha
por um papel poroso. O cátodo é o eletrodo central. Este consiste de grafite coberto
por uma camada de dióxido de manganês, carvão em pó e uma pasta úmida
contendo cloreto de amônio e cloreto de zinco. Esta pilha tem caráter ácido, devido
a presença de cloreto de amônio.
2) Compare a pilha do tipo Leclanché com outro tipo de pilha.
Sabe-se que a pilha de Daniell é constituída por 2 catodos interligados que eram
sistemas constituídos por um metal imerso em uma solução aquosa de um sal
formado pelos cátions desse metal, sendo um catodo de zinco mergulhado em uma
solução de sulfato de zinco e do outro lado um catodo de cobre mergulhado em
sulfato de cobre, ambas as soluções eram interligadas por uma ponte salina,
normalmente composta por cloreto de potássio. Entretanto, tem-se conhecimento
que a pilha de Leclanché é constituída por um cilindro de zinco metálico, que
funciona como ânodo, separado das demais espécies químicas presentes na pilha
por um papel poroso. O cátodo é o eletrodo central. Este consiste de grafite coberto
por uma camada de dióxido de manganês, carvão em pó e uma pasta úmida
contendo cloreto de amônio e cloreto de zinco. Esta pilha tem caráter ácido, devido
a presença de cloreto de amônio. Por outro lado,
3) Qual é o valor da diferença de potencial da pilha de Leclanché? E da pilha
escolhida no item 2?
Pilha de Leclanché =
Polo Negativo – Ânodo: Zn (s) → Zn2+(aq) + 2 e-
Polo positivo – Cátodo: 2 MnO2(aq) + 2 NH41+(aq) + 2e- → 1 Mn2O3(s) +
2NH3(g)+ H2O(l)
Zn(s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH41+(aq) → Zn2+(aq) + 1 Mn2O3 (s) + 2NH3(g) → 1,55V
Pilha de Daniell =
Zn(s) ↔ Zn2+(aq) + 2e- → -0,76V (-1)
Cu2+(aq) + 2e- ↔ Cu(s) → +0,337V
Cu2+(aq) + Zn(s)→ Zn2+(aq) + Cu(s) → 1,1V
4) Quais fatores influenciam no valor da diferença de potencial de uma célula
eletroquímica? Apresente as equações pertinentes.
Concentração: No princípio do funcionamento da pilha, a concentração de íons na
solução é maior e, por isso, a capacidade da outra espécie química de doar elétrons
é a máxima. Mas, com o tempo, a concentração desses íons vai diminuindo e a ddp
diminui gradativamente;
Temperatura: A elevação da temperatura aumenta a velocidade das reações,
provocando variações na ddp (diferença de potencial) da pilha.
Devido a isso, decidiu-se determinar um potencial-padrão (ou normal, em 25°C,
pressão de 1 atm, e concentração de 1,0 mol/L) identificado pelo símbolo E0. A ddp
de uma pilha nessas condições é representada por ΔE0.
O ΔE0 de uma pilha pode então ser calculado pelas seguintes expressões:
ΔE0 = E0red (maior) - E0red (menor)
ΔE0 = E0oxi (maior) - E0oxi (menor)
5) Qual é o critério para que a pilha deixe de funcionar. Justifique.
Com o passar do tempo de uso, a diferença de potencial (ddp) irá apresentar um
valor insuficiente para sustentar uma corrente elétrica e a pilha é considerada
esgotada, logo, a célula deixa de funcionar.
6) Discuta os principais aspectos sociais e ambientais com relação ao
descarte de pilhas.
Contendo metais pesados tóxicos, as pilhas usadas nas baterias gastas são
altamente nocivas ao meio ambiente, chegando a contaminar o solo e lençóis
freáticos ao primeiro contato. Isso ocorre porque quando manuseadas de maneira
indevida, como abandonadas em lixões irregulares ou descartadas no lixo comum,
as pilhas liberam chumbo, cádmio e o mercúrio.
Além de poluentes, descartar pilhas e baterias no lixo comum, pode afetar a
saúde de seres vivos. Ao ser inalado por humanos através da água ou alimento
contaminado, o mercúrio é capaz de causar danos neurológicos, renais,
hipertensão, anemia, paralisia e até mesmo déficit de atenção.
Assim como televisores, celulares, computadores, as pilhas também se
encaixam na categoria de e-lixo, ou lixo eletrônico. O volume desse lixo tóxico
aumenta gradualmente todos os anos por conta da obsolescência programada por
fabricantes, forçando a substituição dos aparelhos periodicamente.
Tendo em vista que os problemas gerados pelo descarte de pilhas e baterias podem
ser reduzidos por meio do gerenciamento dos produtores, o Ministério do Meio
Ambiente instituiu a Política Nacional de Resíduos Sólidos. A Lei 12.305 de 2010
promove a responsabilidade compartilhada entre fabricantes, produtores,
comerciantes, importadores e consumidores sobre a destinação ambientalmente
adequada dos equipamentos.
7) Quais são as possíveis alternativas para a utilização das atuais pilhas e
Com as inovações tecnológicas, o mercado vem trazendo cada vez mais pilhas e
baterias que tem uma vida útil maior, o que se torna uma excelente alternativa ante
ao uso inconsequente desses meios.
CONCLUSÃO
Com a pesquisa na literatura, foi possível compreender os diversos conceitos
eletroquímicos envolvidos na constituição desses materiais muito comumente
utilizados no nosso dia a dia, que são as pilhas e baterias. Assim como também foi
perceptível que há a possibilidade de se fazer o uso consciente de tais, para que
haja uma convivência concertada entre homem e natureza.
REFERÊNCIAS
Lima, Lorena Cristina da Cruz. "Reciclagem de pilhas e baterias como temática
ambiental: CTS para o estudo de Eletroquímica." (2011).
Tarôco, Hosane Aparecida,et al. "Montagem e caracterização elétrica de pilhas a
combustível de óxido sólido (PaCOS)." Química Nova 32 (2009): 1297-1305.