Pilhas são sistemas eletroquímicos nos quais uma corrente elétrica é produzida a partir de uma reação de oxirredução espontaneamente. A reação de oxirredução é aquela em que há transferência de elétrons, ou seja, alguns átomos do sistema ganham elétrons (redução) e outros perdem elétrons (oxidação).
O físico italiano Alessandro Volta desenvolveu a primeira pilha elétrica, que era composta por dois eletrodos, um de zinco (Zn) e um de cobre (Cu), e por um algodão encharcado numa solução capaz de conduzir corrente elétrica, denominada solução eletrolítica. O eletrodo em que ocorre a reação de redução é denominado catodo (polo positivo), e o eletrodo em que ocorre a reação de oxidação é chamado de anodo (polo negativo).
Todo o conjunto de eletrodos e algodão em solução constitui uma célula eletrolítica. Nesse sistema, os elétrons migram do eletrodo de zinco para o de cobre, geram uma voltagem, produzindo corrente elétrica suficiente para manter uma lâmpada acesa por pouco tempo.
Essa criação de Volta, foi, décadas depois, aprimorada pelo físico e químico John Frederick Daniell, dando origem, então, à clássica pilha de Daniell. John Daniell dividiu a célula eletrolítica da primeira pilha em duas partes, isto é, duas semicélulas. O eletrodo de cobre fica imerso numa solução de cobre, e o eletrodo de zinco, mergulhado numa solução de sulfato de zinco. Os dois eletrodos eram ligados por um fio condutor externo, e as duas semicélulas eram ligadas através de uma ponte salina que continha uma solução de sulfato de potássio (K2SO4), responsável por manter as concentrações iônicas equilibradas nas duas semicélulas.
Dentro desse processo, então, o fluxo de elétrons é conduzido do eletrodo de zinco em direção ao de cobre. Por apresentarem carga negativa, então, os ânions migram para o catodo, que, nesse caso é a placa de cobre, produzindo corrente elétrica. É possível medir a voltagem da corrente elétrica através de um dispositivo denominado voltímetro.
Podemos chegar à equação global do processo que ocorre na pilha a partir da soma das duas semi-reações:
Dessa forma, podemos representar a pilha por:
Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu045
Normalmente, cada pilha possui uma voltagem, o que depende da temperatura, da pressão e da concentração dos íons que participam da reação. Mas, de onde vem o potencial produzido pela pilha de Daniell?
Sabemos que todos os elementos tendem a ceder ou receber elétrons, e essa tendência varia de um elemento para o outro. Por convenção, o hidrogênio foi adotado como o elemento que tem tendência de perder ou ganhar elétrons igual a zero, e a partir disso foram feitas comparações experimentais de diversos elementos com o hidrogênio, a fim de obter a diferença de potencial desses elementos. Veja alguns exemplos de elementos com seus potenciais:
Através dessa tabela, é possível calcular a diferença de potencial (ddp) da pilha, de acordo com a seguinte equação:
Exemplo:
ΔE = ECu – EZn
ΔE = +0,34 – (-0,76)
ΔE = +1,10 V
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.Logo, uma pilha de zinco e cobre tem uma voltagem igual a 1,10 V.
Referências bibliográficas
- FELTRE, Ricardo. Química volume 2. São Paulo: Moderna, 2005.
- MACHADO, Andrea Horta, MORTIMER, Eduardo Fleury. Química volume único. São Paulo: Scipione, 2005.
- USBERCO, João, SALVADOR, Edgard. Química volume único. São Paulo: Saraiva, 2002.
Por: Mayara Lopes Cardoso
