Definición y significado de pilha

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  Célula voltaica. Neste exemplo há dois compartimentos conectados por uma ponte salina.

Pilha elétrica, célula galvânica, pilha galvânica ou ainda pilha voltaica é um dispositivo que utiliza reações de óxido-redução para converter energia química em energia elétrica. A reação química utilizada será sempre espontânea.

Neste dispositivo, têm-se dois eletrodos que são constituídos geralmente de metais diferentes, que fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e redução. Estes eletrodos são postos em dois compartimentos separados, imersos por sua vez em um meio contendo íons em concentrações conhecidas e separados por uma placa ou membrana porosa, podendo ser composta por argila não-vitrificada, porcelana ou outros materiais. As duas metades desta célula eletroquímica são chamadas de compartimentos e têm por finalidade separar os dois reagentes participantes da reação de óxido-redução, do contrário, os elétrons seriam transferidos diretamente do agente redutor para o agente oxidante. Finalmente, os dois eletrodos são conectados por um circuito elétrico, localizado fora da célula, denominado circuito externo, garantindo o fluxo de elétrons entre os eletrodos.

As pilhas não devem ser confundidas com as baterias. Enquanto a primeira apenas converte energia química a elétrica, a segunda faz a interconversão entre energia química e elétrica.

É importante saber que na pilha, os elétrons fluem do ânodo para o cátodo, sendo que o sentido da corrente elétrica, frequentemente utilizado na Física, se dá do cátodo para o ânodo.

  História

No século XVII, Otto Von Guericke inventou a primeira máquina para produzir eletricidade.

Na segunda metade do século XVIII, Luigi Aloisio Galvani começou a pesquisar sobre a aplicação terapêutica da electricidade. Após dez anos de pesquisa publicou Sobre as forças de eletricidade nos movimentos musculares, onde concluía que os músculos armazenavam electricidade (do mesmo modo que uma garrafa de Leiden) e os nervos conduziam essa eletricidade.

No século XVIII, Alessandro Volta, pondo em prática uma experiência de Luigi Galvani, descobriu algo curioso. Verificou que, se dois metais diferentes forem postos em contacto um com o outro, um dos metais fica ligeiramente negativo e o outro ligeiramente positivo. Estabelece-se entre eles uma diferença de potencial ou seja, uma tensão elétrica. Usando esta experiência como base, concebeu uma pilha, a que deu o nome de pilha voltaica.

A pilha era composta por discos de zinco e de cobre empilhados e separados por pedaços de tecido embebidos em solução de ácido sulfúrico. Esta pilha produzia energia elétrica sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre, colocados na extremidade da pilha.

Em 1812,Davy produziu um arco voltaico usando elétrodos de carvão ligados a uma bateria de muitos elementos.

  Funcionamento de uma pilha

  Vários tipos de pilhas.

  Alguns modelos de pilhas comerciais

Suponhamos, por exemplo, que separemos fisicamente a barra de zinco de uma solução de sulfato de cobre. O zinco é imerso numa solução de sulfato de cobre, assim como uma barra de cobre. As duas barras encontram-se interligadas eletricamente mediante um fio. Este dispositivo forma uma pilha.

As barras de zinco e de cobre são denominadas eletrodos e fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e de redução. Se os eletrodos de zinco e o cobre forem ligados entre si, por meio de um circuito externo, haverá um escoamento de elétrons através desse circuito, do eletrodo de zinco para o de cobre, em cuja superfície serão recebidos pelos íons Cu⁺². (lembre-se da fila de reatividade!).

E esses íons serão reduzidos e os átomos de cobre se depositarão na superfície do eletrodo de cobre (eletrodeposição). Nesta célula o eletrodo de zinco é denominado ânodo. O ânodo é um eletrodo no qual ocorre a oxidação:

Zn_(s) Zn²⁺ + 2e^– (reação anódica)

O eletrodo de cobre, nesta composição, será o cátodo, um eletrodo no qual se realiza a redução.

Cu²⁺ + 2e^– Cu_(s) (reação catódica)

Logo,

• Ânodo = local onde ocorre oxidação
• Cátodo = local onde ocorre redução

À medida que se vai realizando a reação da célula, os íons de zinco migram afastando-se do ânodo de zinco, em direção do eletrodo de cobre, à semelhança do que ocorre com os íons de cobre. A pilha pode conter uma parede permeável ou uma ponte salina (com cloreto de potássio, os íons Cl^– migram em direção ao ânodo e os íons K⁺ migram em direção ao cátodo) que fazem o contato entre as duas células. As reações de eletrodo e a reação da célula são:

• Ânodo : Zn _(s) Zn²⁺ + 2 e^–
• Cátodo : 2 e^– + Cu²⁺ Cu_(s)
• Reação Global da Célula: Zn_(s) + Cu²⁺ Zn²⁺ + Cu_(s)

  Observações

O metal mais nobre sofre sempre redução.

• Ânodo = Nele ocorre a oxidação = pólo negativo da pilha
• Cátodo = Nele ocorre a redução = pólo positivo da pilha
• A substância que sofre redução, denomina-se agente oxidante
• A substância que sofre oxidação, denomina-se agente redutor

Lembrando também, que:

• O Ânodo corrói ( sai da lâmina e vai para a solução )
• O Cátodo se deposita ( sai da solução e vai para a lâmina )
• Uma "pilha recarregável" (nome impróprio) é na verdade uma Bateria

  Mnemônicas

AONDE: Ânodo Oxidação Negativo Diminui Espessura. O ânodo sofre oxidação, é o pólo negativo e como resultado diminui a sua espessura (perde massa).

A ordem dos potenciais segue o esquema:

• Familia 1A
• Família 2A
• Alumínio(Al)

Outro método mnemônico é o CRAO: Cátodo Redução Ânodo Oxidação. Uma possível vantagem deste último método é que não cita as cargas positivas e negativas, que são opostas na pilha e na eletrólise, podendo dessa forma ser usado para ambas (pilha e eletrólise).

  Ligações externas