Produção De Corrente Elétrica: Pilha De Daniel

Eletroquímica é a parte da química que trata de fenômenos químicos – reações-  onde ocorre transferência de elétrons de uma espécie química (átomos, moléculas, íons) para outra, ou outras.

Reações de oxi-reducão têm uma aplicação tecnológica muito grande, quem pode imaginar uma vida moderna sem pilhas e baterias? As pilhas e baterias são muito utilizadas pelo homem em seu dia a dia em diversos aparelhos e dispositivos eletrônicos que necessitam de energia elétrica para o seu funcionamento como celulares, rádios, lanternas, controle remoto, brinquedos etc. Todos funcionam movidos a reação de oxi-redução.

As pilhas são dispositivos que utilizam reações de oxi-redução para transformar a energia liberada em uma reação química em energia elétrica.

As reações de oxi-reducão espontâneas possuem um ∆G negativo, e as reações de oxi-reduções forçadas ou não espontâneas possuem o ∆G positivo.

As reações de oxi-redução espontâneas dão lugar às pilhas ou células galvânicas, que geram energia e produzem trabalho útil.

As pilhas que envolvem apenas metais e soluções de seus respectivos íons são denominadas pilhas de Daniell, em homenagem ao químico inglês John Frederick Daniell (1790 – 1845) que as inventou em 1830.

As pilhas de Daniell precisam sempre de ponte de salina para manter o equilíbrio eletrolítico das soluções, ou então separar as semipilhas por intermédio de uma parede porosa.

Hoje em dia há vários tipos de pilhas e baterias eletroquímicas: pilhas que não são recarregáveis como: pilhas alcalinas, pilhas comuns do tipo Lê Clanchê, pilhas de mercúrio, e pilhas e baterias recarregáveis como a de níquel e cádmio, íon lítio, chumbo e ácido e células de combustível cada vez mais importante nos dias atuais.

O experimento proposto a seguir demonstrará a montagem da pilha de Daniell.

Objetivos

O estudo sobre pilhas tem como objetivo demonstrar o funcionamento da produção de corrente elétrica através de reações de oxido-redução na qual é transformada a partir da energia liberada de uma reação química para a formação de energia elétrica, será demonstrado também à produção de pilhas com a utilização de frutas.

Materiais Utilizados

Materiais:

·         2 Béqueres.

·         Papel Higiênico;

·         Fios condutores;

·         Multímetro;

Reagentes:

·         Sulfato de cobre CuSO₄ 0,1mol/l;

·         Sulfato de zinco ZnSO₄ 0,1 mol/l,

·         Duas lâminas de zinco metálico;

·          Duas lâminas de cobre metálico;

·          Solução de NaCl;

Fruta:

• Manga;

Procedimentos

 Pilha de Daniel

Colocou-se em um béquer 50 ml a solução de ZnSO4 (sulfato de zinco) e em outro béquer adicionou-se a solução de a solução de CuSO₄ (Sulfato de Cobre).

As placas de Zinco e de Cobre antes de ser utilizadas foram cuidadosamente lixadas de modo a remover as impurezas existentes em suas superfícies.

A lamina de zinco foi adicionada a solução de sulfato de zinco (ZnSO4) e a lamina de cobre foi adicionada a solução de sulfato de cobre (CuSO₄ ).

Na placa de zinco contida na solução de sulfato de zinco (ZnSO4) ligou-se um fio condutor de cor preta ligado posteriormente a  um voltímetro de modo a medir o seu potencial.

Na placa de cobre contida na solução de sulfato de cobre (CuSO₄ ) ligou-se um fio condutor de cor vermelha o qual foi ligado posteriormente  ao voltímetro para medir seu potencial.

Para a preparação da ponte de salina foi utilizado um papel absorvente grande e espesso (papel higiênico) que foi depositado em uma solução de NaCl (Cloreto de sódio) mais conhecido como sal de cozinha.

Encaixou - se uma ponta de cada lado da ponte de salina na solução de sulfato de cobre e na solução de sulfato de zinco. E importante lembrar que não podemos deixar tocar a ponte de salina nas placas de cobre zinco. Conectaram-se as garras dos fios no voltímetro e fechamos o circuito elétrico, logo após este procedimento foi verificado a tensão da pilha no voltímetro. 

 Pilhas em Série

Neste procedimento duas pilhas de Daniell forma montadas conforme relatado anteriormente e colocadas em série para observarmos uma elevação da tensão produzida.

Para isso, e ligou-se a lâmina de zinco de uma pilha à lâmina de cobre da outra pilha. O fio vermelho foi ligado a lamina de cobre de uma pilha, e o fio preto foi ligado a lamina de zinco da outra pilha sem esquecer-se da adição da ponte de salina e observou-se a tensão produzida pela pilha.

Pilhas com manga

Utilizamos uma manga a qual adicionamos uma placa de zinco e uma placa de cobre, previamente lixadas, para limpa-las de modo a retirar as impurezas contidas em suas superfícies.

Logo após encaixou-as na manga, de forma que as duas placas não se tocassem, e que ficassem paralelas entre si.

 Ligou-se na placa de zinco, um fio condutor de cor preta ligado posteriormente a um multímetro e ligou-se na placa de cobre um fio condutor de com vermelho ligado posteriormente ao voltímetro. Repetiu-se o procedimento para que as duas de manga montadas fossem colocadas em serie e observamos assim o novo potencial da pilha feita com manga.

 

Resultados

Pilha de Daniel

Ao montar o circuito da pilha de Daniel, observou-se que antes de ligarmos a ponte de salina nos dois béqueres, não havia potencial gerado na pilha. Mas quando se conectou a ponte de salina nos dois béqueres observou-se que ouve tensão gerada e que a reação química ocorreu, gerando uma tensão de 1.10 volts.

Observou-se que na placa de zinco contida na solução de sulfato de zinco estava perdendo massa, ou seja, estava oxidando e que a placa de cobre na solução de sulfato de cobre estava ganhando massa, ou seja, reduzindo.

A solução de sulfato de cobre apresenta uma cor azulada, e enquanto ela mantiver esta cor, haverá tensão elétrica. A medida que a pilha funciona, o eletrodo positivo no caso do cobre (catodo) os íons de cobre são atraídos pelos elétrons que chegam na placa de cobre pelo fio condutor, e vão se transformando em átomos de cobre e se depositando sobre a placa de cobre dentro da solução de sulfato de cobre, o eletrodo negativo no caso zinco, esta havendo o processo de oxidação, esta doando elétrons e perdendo massa, esta corroendo o eletrodo de zinco na solução de sulfato de zinco.

http://quimicasemsegredos.com/eletroquimica-pilhas.php

 

Notação da pilha:
Zn/Zn²+  // Cu²+/Cu°
ÂNODO            Cátodo

Ao conectar uma pilha em serie com a outra observamos que a tensão gerada pelas pilhas aumentou de 1,10 volts para 2,13 volts.

Ao tentar ligar uma calculadora no potencial gerado pelas duas pilhas em serie, observou-se que a calculadora ligou-se normalmente.

Pilha de manga

A tensão observada pela condução da corrente elétrica produzida ao montar a pilha de Daniell com manga foi de 1,01 volts.

Notou-se assim que houve uma geração de tensão na manga, pois a manga e constituída em grande parte de água, e esta repleta de sais minerais, mas se utilizasse água pura sem sais minerais, não haveria reações químicas.

Ao tentar ligar uma calculadora no potencial gerado pelas duas pilhas em serie,
             Observou-se  que a calculadora ligou-se normalmente.

Conclusão

O experimento da pilha de Daniell permitiu uma melhor compreensão de como se gerar eletricidade através de reações de oxi-redução, através da energia liberada de uma reação química, para a formação de energia elétrica.

Observou-se que ao se ligar duas pilhas em serie conseguiu-se potencial suficiente para ligar uma calculadora.

Ao montar uma pilha com uma manga observou-se que o potencial gerado na pilha foi quase igual ao potencial obtido na experiência anterior com solução de sulfato de cobre e sulfato de zinco.

Referências Bibliográficas

1-      ATKINS, P.; LORETTA, J. Princípios de Química. 8ª ed. Porto Alegre: editora Bookman; 2001.

2-      BRAATHEN, PER CHRISTIAN. Quimica Geral. 2ª ed. Viçosa, 2009.