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Pilhas & Baterias II

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Tópicos: Célula de Daniell | Célula Seca (Leclanchè) | Célula Alcalina | Célula Chumbo-Ácida |

1) Célula de Daniell

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No lugar do ácido sulfúrico da célula de Volta, são usados eletrólitos separados: sulfato de cobre para o catodo e sulfato de zinco para o anodo, que são mantidos em contado por meio de um vaso poroso que, teoricamente, só permite a passagem dos íons.

Célula de Daniell
Fig 1-I

Os íons Cu++ depositam-se no catodo em forma metálica e, portanto, tornam-se neutros. Isso rompe o equilíbrio iônico da solução, fazendo os íons Zn++ atravessarem o vaso poroso e dando continuidade elétrica à célula. Com o funcionamento, a concentração do eletrólito do zinco aumenta e a do cobre diminui, reduzindo a tensão. A polarização se dá pelo depósito dos íons Zn++ no cobre.

Célula de Daniell sem vaso poroso
Fig 1-II

Para os que desejam construir uma célula de Daniell, o vaso poroso pode ser obtido a partir de uma vela comum de filtro de água doméstico. O arranjo da Figura 1-II dispensa o vaso, uma vez que a solução de sulfato de zinco tem massa específica inferior à do sulfato de cobre (a solução deve ser disposta vagarosamente para evitar mistura por agitação). Nos tempos do telégrafo, foi usado pelos Correios.

Nota: produtos químicos devem ser usados com procedimentos e proteções adequadas e não devem ser descartados sem o devido tratamento.


2) Célula Seca (Leclanchè)

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As baterias comuns de 1,5 V atualmente usadas têm como base a célula desenvolvida por Leclanchè por volta do ano de 1880. O anodo é zinco, o catodo é dióxido de manganês e o eletrólito, uma solução aquosa de cloreto de zinco ou amônia.

Célula seca (Leclanchè)
Fig 2-I

Nas células atuais, um óxido inerte é adicionado ao eletrólito para formar um gel e o catodo é carbono revestido com uma camada de dióxido de manganês (Figura 2-I). A reação global é dada a seguir.

$$\ce{Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4Cl(aq) -> ZnCl2(aq) + Mn2O3(s) + 2 NH3(aq) + H2O(l)} \tag{2A}$$

Com o uso, a concentração de cloreto de amônia cai e, portanto, a tensão também cai, o que é observado na prática.


3) Célula Alcalina

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As células alcalinas são similares às de Leclanchè, mas com uso de hidróxido de potássio (KOH) como eletrólito. A reação global passa a ser:

$$\ce{Zn(s) + 2 MnO2(s) + H2O(l) -> Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)} \tag{3A}$$

Nota-se que, ao contrário da anterior, o eletrólito não é consumido na reação. Teoricamente, a tensão é constante até o esgotamento do anodo. Essa vantagem faz as alcalinas substituírem cada vez mais as tradicionais, apesar do custo maior.


4) Célula Chumbo-Ácida

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O anodo é chumbo, o catodo é óxido de chumbo (PbO2) e o eletrólito, solução de ácido sulfúrico. A tensão da célula é cerca de 2 V. No uso mais comum, células são agrupadas em 6 para formar baterias de 12 V.

Na construção mais usual, anodo e catodo são placas retangulares planas, dispostas e interligadas alternadamente, com separadores de material poroso não condutor para evitar contato elétrico direto (Figura 4-I). O conjunto fica no interior de uma cuba, submerso no eletrólito de solução de ácido sulfúrico.

Célula chumbo-ácida prática
Fig 4-I

A reação global (para a descarga) é:

$$\ce{Pb(s) + PbO2(s) + 2 H2SO4(aq) -> 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l)} \tag{4A}$$

Separando os íons do ácido, pode-se escrever:

$$\ce{Pb + PbO2 + 2 HSO4- + 2 H+ -> 2 PbSO4 + 2 H2O} \tag{4B}$$

E, de forma similar à da célula básica, consideram-se as trocas de elétrons em cada polo durante a descarga (Figura 4-II). Para o eletrodo negativo (anodo), tem-se:

$$\ce{Pb + HSO4- -> PbSO4 + H+ + 2 e-} \tag{4C}$$

E para o eletrodo positivo (catodo),

$$\ce{PbO2 + HSO4- + 3 H+ + 2 e- -> PbSO4 + 2 H2O} \tag{4D}$$

Célula chumbo-ácida (descarga)
Fig 4-II

À medida que é usada, a concentração de ácido sulfúrico diminui e, desde que este último tem massa específica superior à da água, a redução da massa específica do eletrólito (e, portanto, da carga) pode ser observada com um instrumento (densímetro) tipo flutuador.

A célula chumbo-ácida é recarregável. O produto da descarga (sulfato de chumbo) é insolúvel no eletrólito e permanece junto dos eletrodos (em geral, nas células não recarregáveis, os produtos se perdem por serem gases ou se precipitam no eletrólito).

Célula chumbo-ácida (carga)
Fig 4-III

Uma vez descarregada, total ou parcialmente, uma fonte externa de corrente elétrica, aplicada conforme Figura 4-III, reverte as reações anteriores, regenerando o chumbo, o óxido de chumbo dos eletrodos e o ácido sulfúrico do eletrólito. Mas o processo de carga pode provocar a reação comum de decomposição da água:

$$\ce{2H2O(l) -> 2H2(g) + O2(g)} \tag{4E}$$
Ou seja, pode ocorrer a formação de uma mistura gasosa potencialmente explosiva e, para reduzir o risco, a carga deve ser controlada. A evaporação da água faz necessária a complementação periódica com água pura. Para evitar isso, sugiram na década de 1970 as primeiras células seladas. Elas dispõem também de um composto catalítico que produz água se houver formação de hidrogênio e oxigênio durante o processo de carga.
Referências
Pesquisa na Internet em Jul/2007. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Mai/2018