Bateria (eletricidade)

Bateria

Tipo	accumulator (en) electric power source (d) type of electronic component (d)

Funcionamento

Energia	oxirredução

Utilização

Uso	battery-powered device (d) armazenamento de energia

 Nota: Este artigo é sobre a definição de bateria e/ou pilha em eletricidade. Para outros significados de bateria, veja bateria (desambiguação).

 Nota: "Pilha" redireciona para este artigo. Para outros significados de pilha, veja Pilha (desambiguação).

Uma bateria é um aparelho ou dispositivo que transforma em corrente elétrica a energia desenvolvida numa reação química. Cada célula de uma bateria contém um terminal positivo (cátodo) e um terminal negativo (ânodo). O processo químico de troca de elétrons é conhecido como oxirredução.

Diferença entre bateria e pilha

Existe uma diferença básica entre bateria e pilha.

Bateria

Baterias de óxido de prata.

A bateria é formada por várias pilhas em série ou paralelas.

As baterias podem ser compostas de diversos materiais, tamanhos e potência. Elas podem caber dentro de um relógio ou fornecer energia a um veículo elétrico.

De acordo com estimativas, a indústria de produção de baterias movimenta US$48 bilhões de dólares por ano.

Bateria de níquel-cádmio

É composta pelos elementos químicos: níquel (Ni) e cádmio (Cd). Foi usada em câmeras digitais, câmeras de vídeo e telefones celulares. Por ter problemas de efeito memória, foi substituída pela bateria de íon-lítio.

Bateria de chumbo

Visão interna de uma bateria automotiva de seis células

Também chamada de bateria automotiva, é responsável por manter veículos automotivos e camiões com energia, mesmo quando desligados. É composta por chumbo e uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H₂SO₄).

Bateria de diamante

Ver artigo principal: Bateria de diamante

A bateria de diamante vem sendo desenvolvida, independentemente, por pesquisadores britânicos e russos.

Pilha

Pilha elétrica, célula galvânica, pilha galvânica ou ainda pilha voltaica é um dispositivo onde têm-se dois elétrodos que são constituídos geralmente de metais diferentes, que fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e redução. Estes elétrodos são postos em dois compartimentos separados, imersos por sua vez em um meio contendo íons em concentrações conhecidas e separados por uma placa ou membrana porosa, podendo ser composta por argila não vitrificada, porcelana ou outros materiais. As duas metades desta célula eletroquímica são chamadas compartimentos e têm por finalidade separar os dois reagentes participantes da reação de oxidorredução. Caso contrário, os elétrons seriam transferidos diretamente do agente redutor para o agente oxidante. Finalmente, os dois elétrodos são conectados por um circuito elétrico, localizado fora da célula, denominado circuito externo, garantindo o fluxo de elétrons entre os elétrodos.

As pilhas não devem ser confundidas com as baterias. Enquanto a primeira apenas converte energia química em energia elétrica, a segunda faz a interconversão entre energia química e energia elétrica.

É importante saber que na pilha, os elétrons fluem do ânodo para o cátodo, sendo que o sentido da corrente elétrica, frequentemente utilizado na Física, se dá do cátodo para o ânodo.

História

No século XVII, Otto von Guericke inventou a primeira máquina para produzir eletricidade estática.

Na segunda metade do século XVIII, Luigi Galvani começou a pesquisar sobre a eletricidade animal. Após dez anos de pesquisa publicou Sobre as forças de eletricidade nos movimentos musculares, onde concluía que os músculos armazenavam eletricidade (do mesmo modo que uma garrafa de Leiden) e os nervos conduziam essa eletricidade. Durante a dissecação de um anfíbio sobre uma mesa onde existia uma máquina eletrostática o assistente de Galvani tocou com o bisturi o nervo interno da coxa do animal, sendo observadas contrações musculares que ocorreram devido ao tecido do animal ter sido tocado por dois metais diferentes.

No século XVIII, Alessandro Volta, pondo em prática uma experiência de Luigi Galvani, descobriu algo curioso. Verificou que, se dois metais diferentes forem postos em contacto um com o outro, um dos metais fica ligeiramente negativo e o outro ligeiramente positivo. Estabelece-se entre eles uma diferença de potencial ou seja, uma tensão elétrica. Usando esta experiência como base, concebeu uma pilha, a que deu o nome de pilha voltaica.

A pilha era composta por discos de zinco e de cobre empilhados e separados por pedaços de tecido embebidos em solução de ácido sulfúrico. Esta pilha produzia energia elétrica sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre, colocados na extremidade da pilha.

Em 1812, Davy produziu um arco elétrico usando elétrodos de carvão mineral ligados a uma bateria de muitas células.

Funcionamento de uma pilha

Diferentes formatos de pilhas: D, C, AA, AAA, AAAA, e 9V.

O modelo mais conhecido é a Pilha de Daniell, inventada pelo químico britânico John Daniell, em 1836, quando o avanço da telegrafia criou a necessidade urgente de uma fonte de corrente elétrica confiável e estável. Essa pilha consiste na imersão de um fio de zinco numa solução aquosa de sulfato de zinco, assim como um fio de cobre em solução aquosa de sulfato de cobre(II), mantendo os dois metais interligados eletricamente por um fio.

Célula de combustível.

Os fios de zinco e de cobre são denominados elétrodos e fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e de redução. Se os elétrodos de zinco e o cobre forem ligados entre si, por meio de um circuito externo, haverá um escoamento de elétrons através desse circuito, o fluxo de elétrons vai da espécie que está sendo oxidada (ânodo) para a espécie que se está reduzindo (cátodo).

Logo,

• Ânodo = local onde ocorre oxidação, é o polo negativo da pilha.
• Cátodo = local onde ocorre redução, é o polo positivo da pilha.

Para descobrir qual das espécies químicas será o ânodo e qual será o cátodo, devemos recorrer à tabela de potencial padrão (Eº), que mede o poder de puxar elétrons de um único elétrodo, onde contém o valor do potencial de cada espécie química, em volts (V).

Através dos dados da tabela de potencial padrão, podemos determinar que o cobre possui um caráter redutor maior que o zinco, por esse motivo o cobre será reduzido, enquanto o zinco será oxidado.

Modelo de pilha de Daniell

Segundo Atkins e Jones, para que os elétrons passem dos átomos de Zn para os íons Cu²⁺ e permitam que a reação espontânea ocorra, eles tem de passar por um fio que servirá de circuito externo e depois pelo elétrodo de Cu até a solução de sulfato de cobre (II). Os íons Cu²⁺ convertem-se em átomos de Cu no cátodo, simultaneamente, os átomos de Zn convertem-se em íons Zn²⁺ no ânodo. À medida que se vai ocorrendo a redução, a solução no cátodo adquire carga negativa (excesso de elétrons no meio), enquanto a solução no ânodo começa a desenvolver carga positiva (ausência de elétrons no meio). Para que esse processo não cause a interrupção no fluxo de elétrons, a pilha pode conter uma parede permeável ou uma ponte salina (com cloreto de potássio, os íons Cl^– migram em direção ao ânodo e os íons K⁺ migram em direção ao cátodo) que fazem o contato entre as duas células. As reações de elétrodo e a reação da célula são: ânodo : Zn _(s) $\longrightarrow$ Zn²⁺_(aq) + 2 e^–

Cátodo : 2 e^– + Cu²⁺_(aq) $\longrightarrow$ Cu_(s)

Reação Global: Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) $\longrightarrow$ Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)

Observações

O metal mais nobre (menos reativo) sofre sempre redução.

• Ânodo: Nele ocorre a oxidação = polo negativo da pilha;
• Cátodo: Nele ocorre a redução = polo positivo da pilha;
• A substância que sofre redução denomina-se agente oxidante;
• A substância que sofre oxidação denomina-se agente redutor.

Lembrando também, que:

• O ânodo corrói (sai da lâmina e vai para a solução);
• O cátodo se deposita (sai da solução e vai para a lâmina);
• Uma "pilha recarregável" (nome impróprio) é na verdade uma bateria.

Ver também

• Armazenamento de energia
• Bateria automotiva
• Bateria de lítio-ar
• Bateria de níquel-hidreto metálico
• Bateria de sal fundido
• Célula de combustível
• Pilha (informática)