Bateria (eletricidade)

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Visão interna de uma bateria veicular de seis células
Disambig grey.svg Nota: Este artigo é sobre a definição de pilha e/ou bateria em eletricidade! Para outros significados de pilha, veja pilha (desambiguação).

Bateria é um dispositivo eletroquímico de duas ou mais células para armazenamento de energia. Cada célula contém um terminal positivo (cátodo) e um terminal negativo (ânodo).[1] O processo químico de troca de elétrons é conhecido como oxirredução.

Diferença entre bateria e pilha[editar | editar código-fonte]

Existe uma diferença básica entre bateria e pilha.

Bateria[editar | editar código-fonte]

A bateria é formado por várias pilhas em série ou paralela.[2][3][4]

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

De acordo com estimativas, a indústria de produção de baterias movimenta US$48 bilhões de dólares por ano.[5]

Bateria de níquel-cádmio[editar | editar código-fonte]

É composta pelos elementos químicos: níquel (Ni) e cádmio (Cd). Foi usada em câmeras digitais, câmeras de víedo e telefones celulares. Por ter problema de efeito memória, ela foi substituída pela bateria de íon-lítio.[6]

Baterias de óxido de prata
Baterias de óxido de prata

Bateria de chumbo[editar | editar código-fonte]

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

Pilha[editar | editar código-fonte]

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 de compartimentos e têm por finalidade separar os dois reagentes participantes da reação de oxidorredução, do 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.[7]

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

História[editar | editar código-fonte]

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 muitos elementos.

Funcionamento de uma pilha[editar | editar código-fonte]

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 a uma 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.

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 está se reduzindo (catodo).

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 que será o ânodo e qual será o catodo, devemos recorrer a 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,[8] 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 catodo, simultaneamente, os átomos de Zn convertem-se em íons Zn2+ no ânodo. À medida que se vai ocorrendo a redução, a solução no catodo 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) Zn2+(aq) + 2 e

Cátodo : 2 e + Cu2+(aq) Cu(s)

Reação Global: Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

Observações[editar | editar código-fonte]

O metal mais nobre 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[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. [1]
  2. [2]
  3. [3]
  4. [4]
  5. [5]
  6. [6]
  7. Better batteries charge forward Researchers are close to releasing prototype designs to meet consumer, business demand por Susan Gaidos (2017)
  8. Atkins e Jones, Peter Atkins e Loretta Jones (2012). Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. [S.l.: s.n.] ISBN 978-85-407-0038-3 

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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