Pilhas

INTRODUÇÃO

Em 20 de março de 1800 Alessandro Volta comunicou, em carta enviada à Royal Society of London, os resultados experimentais que levaram à invenção da pilha elétrica. Na época a divulgação do invento despertou profundo interesse, tanto junto ao público leigo como entre os cientistas.

Como a primeira fonte contínua de produção de corrente elétrica, a pilha elétrica teve papel fundamental no desenvolvimento experimental e teórico da Física e Químicas Modernas1. Das pesquisas que se desenvolveram posteriormente com a pilha elétrica, podemos considerá-las de dois ângulos: no primeiro ângulo as pesquisas com as próprias pilhas, procurando-se aperfeiçoá-las, conhecer as causas dos fenômenos observados (por exemplo, mostrar que a causa da corrente era a reação química que ocorria entre os materiais da pilha e não apenas através do contato dos metais, como pensava Volta) etc. Pode-se também destacar que o estudo da pilha foi o fundamento da teoria da ligação química de Berzelius (Teoria Dualística), foi uma das vertentes que levou ao estabelecimento da Primeira Lei da Termodinâmica (conservação da energia) e, mais tarde, foi utilizada para mostrar que a Segunda Lei da Termodinâmica também era válida em sistemas com reação química. O segundo ângulo a se considerar foi o fato da pilha ser uma fonte de eletricidade duradoura e estável, diferentemente das máquinas eletrostáticas de então. Com a pilha foi possível decompor substâncias, depositar metais, inclusive novos elementos, estudar o comportamento da corrente elétrica e seus efeitos, inclusive magnéticos etc. Foi graças as pilhas que se tornou possível o conhecimento do Eletromagnetismo e da tecnologia correspondente2.

PILHAS

Uma pilha é um dispositivo eletroquímico que tem a capacidade de converter energia química em energia elétrica. As pilhas apresentam um anodo (eletrodo negativo), o catodo (eletrodo positivo) e a pasta eletrolítica, onde ocorrem as reações químicas que geram a corrente elétrica. As pilhas estão definitivamente presentes no dia-a-dia do homem moderno, e são amplamente usadas em aparelhos como rádios, televisores, brinquedos, câmeras, relógios, calculadoras, telefones e computadores.

As pilhas (bem como as baterias) portáteis podem ser classificadas, segundo a tecnologia usada na geração de corrente elétrica em Geradores Primários (Pilha de Leclanché, Pilhas Alcalinas, Pilhas de Mercúrio, Pilhas de Li/MnO2, Pilhas de Lítio ) e Secundários (Bateria de Chumbo e Ácido, Baterias de Níquel-Cádmio, Baterias de Níquel-Hidreto Metálico e Baterias de Íon Lítio) 3-4-5.

Atualmente, depois de usadas, as pilhas domésticas são basicamente descartadas no lixo urbano e são encaminhadas aos aterros sanitários, às usinas de compostagem ou às usinas incineradoras. O descarte de pilhas no lixo doméstico é um fato extremamente grave. Com o passar do tempo, ocorrerá inevitavelmente a contaminação de plantas, solos e lençóis freáticos devido à corrosão da blindagem da pilha disposta em aterros sanitários e lixões. O principal fato é a possibilidade de contaminação das águas subterrâneas, que é função da construção dos aterros, da localização e de sua proximidade com os lençóis freáticos. Introduzidos no meio aquático, por lixiviação dos aterros e lixões e dos gases de incineração, os metais presentes nas pilhas são considerados sérios poluentes ambientais, devido à propriedade de bioacumulação através da cadeia alimentar, e aos seus efeitos tóxicos no organismo humano e de outros animais, conforme descrito na literatura3.

• A PILHA DE DANIELL: UM MODELO PARA COMEÇAR

Em 1836, o químico e meteorologista inglês Jonh Frederic Daniell (1790-1845) construiu uma pilha diferente, substituindo as soluções ácidas utilizadas por Alessandro Volta- que produziram gases tóxicos- por soluções de sais tornando as experiências com pilha menos arriscados.

A pilha de daniell funcionava a partir de dois eletrodos interligados. Cada eletrodo era um sistema constituído por um metal imerso em uma solução aquosa de um sal formado por dois cátions desse metal.

Em um sistema desse tipo é estabelecido um equilíbrio dinâmico entre o elemento metálico e seu respectivo cátion6.

• PILHA DE LECLANCHÉ:

Inventada pelo francês Georges Leclanché por volta de 18666-7, esse é o tipo de pilha comumente usado em lanternas, rádios, gravadores etc. Ficou conhecido como pilha “seca” porque o meio eletrolítico nela presente não é simplesmente uma solução, mas uma pasta úmida contendo íons dissolvidos.

Essa pasta úmida contém cloreto de amônio (NH4Cl), cloreto de zinco (ZnCl2) e água. Ela encontra-se em um envoltório de zinco, que constitui o ânodo da pilha. No centro da pasta existe um bastão de grafite, ao redor do qual há uma mistura de carvão em pó e dióxido de manganês, que funciona como cátodo.

Quando a pilha está funcionando, a semi-reação do ânodo é:

Zn(s) → 2e-¬¬¬ + Zn2+(aq)

Os íons Zn2+ passam para a pasta eletrolítica e os elétrons são enviados para a parte metálica do circuito elétrico, externa à pilha. Esses elétrons migram do ânodo (Zn) para o bastão de grafite (cátodo), no qual o dióxido de manganês (MnO2) é reduzido a Mn2O3. A semi-reação catódica é:

2MnO2 (s) + H2O (l) + 2e- → Mn2O3 (s) + 2OH- (aq)

Imediatamente seguida por:

NH4+ (aq) + OH- (aq) → NH3 (g) + H2O (l)

Após longo período de uso de uma pilha, amônia gasosa formada ao redor do bastão de grafite age como uma camada isolante, o que acarreta uma drástica redução de voltagem.

A pilha cessará seu funcionamento quando o MnO2 for totalmente consumido. Contudo, mesmo não estando totalmente descarregadas, as pilhas devem ser removidas dos aparelhos quando estes não forem usados durante períodos prolongados, pois seu eletrólito continua a corroer lentamente o recipiente e pode chegar a perfura-lo.

Se isso acontecer, haverá vazamento da pasta com eletrólito que, além de tóxica, pode danificar o aparelho, corroendo suas partes metálicas7.

• PILHAS ALCALINAS:

A pilha alcalina nada mais é do que uma variação da pilha de Leclanchè de 1860 porque