Criação e estudo da operação da bateria usando vários eletrólitos, representados por materiais comumente usados

Resumo

O objetivo deste trabalho foi construir e estudar o funcionamento de uma pilha, usando vários eletrólitos representados por materiais do uso comum, na produção de uma diferença de potencial significativa que pusesse a trabalhar um aparelho elétrico. Depois de alguma pesquisa e seleção, o objeto de estudo foram a batata, o limão e o abacaxi. Os eletrólitos foram utilizados em quatro experiências diferentes: em três utilizaram-se os eletrólitos separadamente e na última foi estabelecida uma ligação em série entre as células da pilha que continham os eletrólitos limão e batata. Escolheu-se o Zinco (Zn) e o Cobre (Cu) como únicos elétrodos para a construção da pilha. Depois de analisados os resultados da d.d.p lidos pelo voltímetro, evidencia-se que o melhor eletrólito foi o abacaxi quando cortado às rodelas e não inteiro.

Abstract

The aim of this work was to build and study the running of a battery, using several electrolytes represented by commonly used materials. The goal was to produce a significant potential difference to put to work an electric device. After some research and selection, we decided to focus our project on the potato, the lemon and on the pineapple. Therefore, we used those electrolytes in four different experiments: three of which where we used the electrolytes separately and one where we connected two cells, containing the electrolytes potato and lemon, by using a wiring connection. It was merely chosen, as electrodes, Zinc (Zn) and Copper (Cu) for our battery. Once analyzed the results of d.d.p given by the voltmeter, it becomes clear that the best electrolyte was the pineapple when cut into slices and not the whole of it.

Palavras-chave:

Pilha eletroquímica; zinco; cobre; eletrólito; diferença de potencial; tubérculos; frutas

Introdução

A primeira pilha eletroquímica consta-se que tenha sido construída por alguns alquimistas antes de 1800. No entanto, só no século XVIII é que Alessandro Volta, físico italiano, pondo em prática experiências de outros cientistas, desenvolveu a primeira pilha eletroquímica verdadeiramente funcional. Volta verificou que, se dois metais diferentes fossem postos em contacto um com o outro, um dos metais ficava ligeiramente negativo e o outro positivo, estabelecendo-se entre eles uma diferença de potencial. Composta por discos de zinco e cobre separados por tecido mergulhado em solução de ácido sulfúrico, esta era já uma pilha capaz de produzir energia elétrica. Com a evolução da sociedade e da Ciência, a Tecnologia tem vindo a pôr à nossa disposição pilhas e baterias, cada vez mais especializadas, sofisticadas e rentáveis, como resposta às necessidades requeridas por aparelhos portáteis e independentes que foram também surgindo no decorrer dos séculos. Por isso se torna tão importante o estudo do seu funcionamento. Uma reação na qual ocorrem, em simultâneo, oxidação e redução é chamada reação redox, sendo este um processo químico no qual há transferência total ou parcial de eletrões. Esta reação é o resultado de duas semi-reações: semi-reação de oxidação e semi-reação de redução. As pilhas eletroquímicas são dispositivos em que existe a transformação de energia química em energia elétrica, através de uma reação de oxidação-redução espontânea. Designam-se “pilhas” porque existe transferência de eletrões produzindo uma diferença de potencial entre dois polos (elétrodos). Esses dois elétrodos são designados ânodo e cátodo. O ânodo é o elétrodo onde ocorre a oxidação – elétrodo negativo e libertação de eletrões. O cátodo é o elétrodo onde ocorre a redução – elétrodo positivo e captação de eletrões. É necessário ter em conta que o ânodo, onde ocorre a oxidação, corrói-se, diminuindo a sua massa e o cátodo, onde ocorre a redução, deposita-se aumentando a sua massa. Os dois elétrodos estão em contacto direto com um eletrólito. O eletrólito é, normalmente, uma solução aquosa de um composto iónico. Numa pilha, os eletrões dirigem-se do ânodo para o cátodo – polo negativo para o polo positivo. É também necessário não confundir este sentido com o sentido da corrente elétrica, frequentemente utilizado na Física, que se dá do cátodo para o ânodo.

A força eletromotriz de uma pilha, expressa em Volts, nas condições padrão, é dada pela diferença entre o potencial padrão de redução da espécie que se reduz na reação direta e a que se reduz na reação inversa. E pilha = p.n.r cátodo – p.n.r do ânodo O potencial padrão de redução mede a tendência relativa de uma espécie para se reduzir. Maior p.n.r, mais tendência para reduzir-se. Menor p.n.r, mais tendência em oxidar-se.

Nesta experiência, temos as seguintes equações:

Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2 e- Oxidação

Cu 2+ (aq) + 2 e- Cu (s) Redução

O diagrama de pilha será:

Zn (s) | Zn 2+ (aq) || Cu 2+ (aq) | Cu (s)

Chegar-se-á à conclusão de que todos os tubérculos e frutas usados nesta experiência são, embora à sua escala, bons eletrólitos pois todos eles possuem propriedades ácidas que geram um fluxo de eletrões. A batata possui ácido fosfórico, o limão possui ácido cítrico e o abacaxi ácido ascórbico e cítrico. O vinagre é um produto que, por ter propriedades ácidas, ao ser juntado a alguns eletrólitos poderá gerar uma d.d.p maior. Como eletrólito pode utilizar-se qualquer solução aquosa ácida, alcalina ou salina. Podem ser feitas pilhas a partir de coca-cola, moedas de cobre, laranja, cerveja, etc… O princípio de funcionamento deste tipo de pilhas baseia-se no facto de os átomos do cobre atraírem mais os eletrões do que os do zinco. Deste modo, uma elevada quantidade de eletrões vai passar do zinco para o cobre, repelindo-se. Quando a força de atração dos eletrões do cobre é atenuada pela força de repulsão entre os eletrões, o fluxo de eletrões para e não existe corrente elétrica. Em oposição, quando as duas placas são mergulhadas