A QUÍMICA DAS PILHAS

Os diversos modelos de pilhas que utilizamos atualmente como fonte de alimentação para equipamentos elétricos, funcionam através do mesmo princípio, todas elas se utilizam das células galvânicas para gerar energia elétrica, que é resultado da reação química espontânea que ocorre no seu interior.

Esse tipo de reação onde há conversão direta de energia química em energia elétrica são chamadas de reações eletroquímicas. Nessas reações ocorre uma variação de energia que Gibbs que é equivalente ao trabalho elétrico máximo realizado, podendo ser medido facilmente. Para explicar como acontece essa reação tipo de reação utilizaremos o esquema conhecido como célula de Daniell.

Nesta célula, uma peça de zinco metálico é coloca em solução de CuSO4, então o zinco metálico entra na solução na forma de íons Zn2+ e parte dos íons Cu+2 é convertida em cobre metálico no eletrodo, com o passar do tempo a coloração azul da solução CuSO4 vai sumindo.

Agora se colocarmos um fio de cobre um uma solução de AgNO3, a prata metálica vai se depositando no fio de cobre e a solução começa tomar uma cor azulada em função dos íons de Cu2+ hidratados que estão ficando presentes na solução.

Conectando essas duas soluções por uma ponte salina, que é um tubo contendo uma solução eletrolítica inerte, como NH4NO3 ou KCL, com a finalidade de complementar o circuito elétrico entre as duas soluções e facilitar o movimento dos íons de um compartimento para outro. Quando os dois eletrodos são conectados por um pedaço de fio metálico, fluirão elétrons do eletrodo de zinco para o eletrodo de cobre através do fio externo.

A pilha comum ou seca foi chamada assim devido a ser uma grande inovação na sua época, já que, até então, todas as pilhas conhecidas utilizavam recipientes com soluções aquosas. Essa pilha é formada 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.

Esquema de uma pilha seca. Fonte: Pilha seca de Leclanché. LINKAR < https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/pilha-seca-leclanche.htm>

A pilha alcalina, possui mistura eletrolítica que contém hidróxido de potássio ou de sódio (bases), e o ânodo é feito de zinco altamente poroso, que permite uma oxidação mais rápida em relação ao zinco utilizado na pilha seca comum. Comparando-a com a pilha seca comum, a alcalina é mais cara, mantém a voltagem constante por mais tempo e dura cerca de cinco vezes mais. Isso ocorre porque o hidróxido de sódio ou potássio é melhor condutor eletrolítico, resultando uma resistência interna da pilha muito menor do que na pilha comum ou seca.

Esquema de uma pilha alcalina. Fonte: Pilhas e Baterias: Funcionamento e Impacto Ambiental. LINKAR < http://qnint.sbq.org.br/qni/popup_visualizarConceito.php?idConceito=45&semFrame=1>

Outro modelo de pilha são aquelas que utilizam de lítio metálico, que devido a sua alta reatividade com a água todas as pilhas de lítio empregam eletrólitos não aquosos em recipientes hermeticamente selados. O processo de descarga acontece devido a oxidação do lítio metálico e a redução do dióxido de manganês, como demonstrado na equação abaixo. A utilização dessas pilhas são menores devido ao seu alto custo e também ao seu risco associado, devido a ela não poder ser exposta a umidade do ar, tais acidentes têm sido envidados com a  produção de pilhas vem vedadas e com sua utilização apropriada.

REFERÊNCIAS

CHANG, Raymond. Físico-Química: Para as Ciências Químicas e Biológicas – Vol.1. [Minha Biblioteca].

Pilhas Alcalinas e Zinco – Manganês. 

Pilha seca de Leclanché. 

Pilhas e Baterias: Funcionamento e Impacto Ambiental.