COLÉGIO ESTADUAL PROFESSOR EDILSON SOUTO FREIRE - CEPESF

Aline Freitas, Gabriela Mendes, Henrique Guilherme, Natália Anjos.

E-mail: cepesf3dm2019@gmail.com

CONSTRUINDO UMA PILHA DE OXIRREDUÇÃO COM MATERIAIS RECICLÁVEIS

Dias D'Ávila, 2019

               RESUMO

O presente trabalho tem por objetivo mostrar ao aluno a montagem e o funcionamento da pilha utilizando Al e Cu com solução NaCIO Hipoclorito de sódio, através de experimentos com materiais reciclados. O conteúdo estudado através da experimentação permitiu aos alunos contato direto com o objeto de estudo, bem como, melhor compreensão dos conceitos químicos. Os materiais utilizados foram de fácil aquisição e manipulação.

Palavras-chave: Oxirredução; sustentabilidade; energia; relatório.

1. INTRODUÇÃO

As pilhas estão presentes em nosso cotidiano, pois sempre estamos utilizando-as em aparelhos e utensílios, tais como: lanternas, rádios, aparelhos telefônicos, calculadoras, entre outras. As pilhas ou células eletroquímicas são sistemas em que a energia química transforma-se espontaneamente em energia elétrica, através de uma reação de oxidação-redução que consiste em uma perda e ganho de elétrons, respectivamente.

As pilhas, presentes constantemente no cotidiano do aluno é uma forma de estudar as reações de oxirredução bem como mostrar de forma clara e concisa o seu funcionamento e os seus componentes além de permitir explorar outros conteúdos de eletroquímica, tais como: eletrodos (ânodo e cátodo), eletrólitos, potencial padrão de redução, agente oxidante e redutor, ddp, energia livre de Gibbs, espontaneidade de reação, tipos de pilhas, associação em série de pilhas (bateria), entre outras.

Luigi Galvani (1737-1798) publicou em 1791 uma pesquisa em que ele havia dissecado uma rã e observado que quando dois metais diferentes entravam em contato com ela, os músculos da coxa da rã sofriam contrações. Galvani acreditava que os músculos da rã armazenavam a energia e os metais eram apenas condutores. No entanto, o físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) não acreditava nisso. Ele realizou novamente essa experiência de Galvani e repetiu uma série de experimentos, utilizando metais diferentes. A sua conclusão foi de que a eletricidade não se originava dos músculos do animal, mas sim do contato entre os metais distintos, e a rã apenas reagia a essa eletricidade externa. Tanto que se fosse utilizado o mesmo metal, os músculos da rã não se contraíam.

Volta estava correto e, para comprovar sua teoria, construiu a primeira pilha elétrica em 1800. Uma pilha é um dispositivo que transforma energia química em energia elétrica, ou seja, reações de oxirredução entre metais distintos que transferem elétrons um para o outro, gerando um fluxo de corrente elétrica que pode ser aproveitado.

A pilha de Volta, também conhecida como pilha voltaica (ou ainda, pilha galvânica), é formada por discos intercalados de dois metais diferentes. Por exemplo, são colocados placas de prata (o ânodo, equivalente ao polo negativo), e zinco (cátodo, equivalente ao polo positivo) eram intercaladas com papel mata-borrão (um tipo de papel-filtro) e um disco de papelão embebido em uma solução de salmoura (solução alcalina), formando pilhas de Ag + Zn + papel + Ag + Zn + papel. Continua realizando essa montagem intercalada: disco de prata/ disco de zinco/disco umedecido até formar uma coluna alta, mas que consegue se sustentar; por último, as extremidades da pilha são ligadas com um fio condutor externo.

Assim, esse dispositivo recebeu esse nome porque realmente era uma “pilha”, isto é, discos empilhados formando uma coluna. Os discos de metais foram denominados por Volta de condutores secos ou de primeira classe, enquanto o embebido em salmoura foi denominado de condutor úmido ou de segunda classe.

Atualmente existem vários modelos de pilhas, mas, de forma geral, elas seguem o seguinte aspecto: 

Os modelos mais utilizados são a chamada pilha de Leclanché e a pilha alcalina, as quais apresentam as seguintes diferenças:

Pilha de Leclanché
• Possui um ânodo formado por zinco metálico;
• Possui um cátodo formado por uma pasta com cloreto de amônio, água, amido e dióxido de manganês;
• Possui uma barra de grafita que serve como condutora para os elétrons que partem do cátodo em direção ao ânodo.
       Pilha Alcalina
• Possui um ânodo formado por zinco metálico ou cádmio;
• Possui um cátodo formado por óxido de mercúrio, óxido de níquel e iodo;
• Deve apresentar no material que compõe o cátodo uma base misturada.

2. MATERIAIS UTILIZADOS

• Latinha de refrigerante (Al)
• Fio de cobre (Cu)
• Tubete
• Água sanitária
• Voltímetro (para medir o volt)
• Leds

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Pilhas eletroquímicas são sistemas que produzem corrente contínuas e baseiam-se nas diferentes tendências para ceder e receber elétrons das espécies químicas. Para a construção da pilha utilizamos produtos de reciclagem como latinha de refrigerante (Al), água sanitária, fios de cobre (Cu), estilete, prego e uma tampa. O fio de cobre foi desencapado e colocado dentro do tubete, a latinha de refrigerante foi recortada e lixada para ser retirada a película de revestimento da parte interna, para recortar usamos uma faca ou estilete quente para ser realizado o corte. Logo após, com o prego também quente foi feito um furo na tampa. O corte servira para encaixar a lâmina de alumínio e o furo para encaixar a barra de cobre e evitando que ambos se toquem. Feito isso, foi colocado dentro do tubete, após adicionamos uma quantidade de água sanitária fechamos e observamos se aconteceria algum vazamento, caso isso aconteça, pode ser usada para vedação cola quente. Após, medimos junto com o professor os volts de cada pilha feita, depois de esperar alguns minutos para que a reação dos metais sejam feitas com o hipoclorito de sódio. Para acrescentar a água sanitária não deverá permanecer por muito tempo ali dentro sempre se não for usada logo, pois a mesma irá corroer o alumínio e o cobre antes de ser feita seu experimento, também pode ser reutilizada assim que for preciso.

Após fizemos um circuito elétrico simples, pode-se ser feita com fios de carregadores ou de aparelhos não mais utilizados. As leds foram conectadas em um fio deixando o polo positivo e com o polo positivo, o polo negativo com o polo negativo formando uma corrente. E nessa solução foram conectados o cobre e o alumínio em série, obtendo-se assim, os polos positivos e negativos, com a energia suficiente para os leds serem ligados. Isso acontece porque os geradores e os receptores reais (em contraposição a modelos ideais) têm uma resistividade elétrica que pode ser considerada uma resistência interna, intrínseca dos aparelhos.

A tensão total produzida pelo gerador, isto é, sua tensão nominal, também é chamada força eletromatriz (fem), representada pela letra grega épsilon (E). Portanto, podemos reescrever a equação acima como: U = e- r. i. Essa expressão é conhecida como equação do gerador. Um gerador ideal possui resistência interna desprezível (r = 0), portanto U_AB = e. Caso o gerador inserido no circuito não seja ideal, sua representação deverá incluir a resistência interna.

4. RESULTADOS

Com este experimento observamos que os ledes acendeu, os alunos aprenderam na prática o processo básico de corrente elétrica, oxirredução, transferência de elétrons e como transformar energia química em elétrica.

Um aspecto muito importante do trabalho de Daniell foi o fato de ele ter optado por utilizar, nas pilhas, soluções de sais em vez de soluções ácidas, já que essas últimas produzem gases tóxicos. Fizemos a medição da força eletromatriz com o resultado de 3,78 V, após medimos a tensão elétrica e seu resultado como 4,0 V e medimos também a intensidade da corrente elétrica que resultou em 0,68 ma.

Cálculo:

U = r.i

r.i = U

r = 3,78\1000 = 0,68

r = 0,68.1000\3,78

r = 179Ω

5. CONCLUSÃO

A partir da prática realizada, foi possível comprovar a natureza elétrica de algumas reações, além da transformação de energia química em energia elétrica. É possível perceber também que uma reação de oxirredução é previsível, ou seja, é possível prever se determinada reação será espontânea ou não e que a voltagem fornecida pela reação dependerá diretamente da concentração das soluções envolvidas, mas é possível se ter uma ideia de qual vai ser essa voltagem.

7. FOTOS

PILHA PRONTA

FIO DE COBRE, TAMPA, TUBETE E ALUMÍNIO, ANTES DE SER MONTADA. 

6. REFERÊNCIAS

ELETROQUÍMICA\ GUIA DO ESTUDANTE. Disponivel em: <https://guiadoestudante.abril.com.br/estudo/eletroquimica/ >. Acesso em: 25abril 2019

2º SIMPOSIO NORDESTINO DE QUIMICA. Disponivel em: <http://www.abq.org.br/sinequi/2016/trabalhos/104/8715-22355.html >. Acesso em: 25abril 2019

PILHAS E BATERIAS. EBAH. Disponivel em: < <https://www.ebah.com.br/content/ABAAABdxcAK/pilhas-baterias >. Acesso em: 26abril 2019

CANAL DO EDUCADOR. BRASIL ESCOLA. Disponivel em: <https://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/uma-pilha-parecida-com-pilha-daniell.htm >. Acesso em: 27abril 2019Ω