As pilhas do quotidianoAs pilhas do quotidiano

Células electroquímicas

primárias

Células electroquímicas

secundárias

Pilhas não recarregáveis, têm de ser eliminadas no fim do seu ciclo

Exemplo:

Pilhas secas

Pilhas recarregáveis

Exemplo:

Baterias dos automóveis

Pilha “eléctrica”

“Dispositivo electroquímico que gera corrente

eléctrica, transformando energia química em energia

eléctrica”

Pilha “eléctrica”

“Dispositivo electroquímico que gera corrente

eléctrica, transformando energia química em energia

eléctrica”

• primárias – ex.: pilhas secas – não podem ser

recarregadas

• secundárias ou acumuladores - ex.: pilhas de

lítio, de Ni-Cd, baterias dos automóveis;

podem recarregar-se se forem ligadas a uma

corrente eléctrica.

• combustível – os reagentes deve, ser

constantemente renovados e os produtos

constantemente removidos.

• concentração – as semicélulas são

constituídas pelo mesmo material, mas os

iões em solução têm concentrações diferentes

pilhas

Pilha de VoltaPilha de Volta Pilha DaniellPilha DaniellPilha de Leclanché

Pilha de Leclanché

Pilhas modernas

Pilhas modernas

Tempo

George Leclanché

(1839-1882)

Pilha seca de Leclanché

(pilha de MnO2-Zn)Pilha seca de Leclanché

(pilha de MnO2-Zn)

A mais usada no século XX!

Exemplos de aplicação:

Rádios, relógios, brinquedos, etc

Constituição da Pilha seca de Leclanché

(Pilha de MnO2-Zn)

Constituição da Pilha seca de Leclanché

(Pilha de MnO2-Zn)

O ânodo de zinco está em contacto com Mn02 e um electrólito que contém NH4Cl.

O cátodo é constituído por um tubo de grafite.

O electrólito está gelificado para impedir a fuga para o exterior da pilha.

Pilha seca

O invólucro da pilha constitui o ânodo que vai sendo corroído!

Reacções que ocorrem na Pilha seca de Leclanché

(Pilha de MnO2-Zn)

Reacções que ocorrem na Pilha seca de Leclanché

(Pilha de MnO2-Zn)

Inconvenientes:

• Diminuição da d.d.p. da pilha durante o seu funcionamento.

• Libertação de líquido para o exterior

Substituição das pilhas salinas pelas pilhas alcalinas

• Zn é oxidado a Zn 2+ (o qual forma um complexo com Cl- e NH3) e Mn(IV) é reduzido a Mn (II).

A Pilha alcalina de MnO2-ZnA Pilha alcalina de MnO2-Zn

• Particularmente adaptada para aparelhos electrónicos,máquinas fotográficas, etc.

• O electrólito é uma solução aquosa de KOH saturada.

Reacções:

Vantagens:

• d.d.p.= 1,54 V

• Duração média superior

• Trabalham melhor a temperaturas mais baixas

• Apresentam boa resistência à corrosão

• Existe também zinco, dióxido de manganês, cloreto de zinco e

grafite mas uma solução alcalina de hidróxido de potássio substitui

o cloreto de amónio.

• O tempo de vida útil deste tipo de pilhas é superior, pois o ânodo

(Zn) sofre menos desgaste em condições básicas.

A Pilha de mercúrioA Pilha de mercúrio

• São geralmente de pequeno tamanho (tipo botão);

especialmente utilizadas na indústria electrónica, dada a sua

f.e.m. bastante estável (cerca de 1.35 V) durante longos períodos

de tempo;

• O ânodo é constituído por zinco;

• O cátodo é constituído por aço, em contacto com o óxido de mercúrio, HgO.

A Pilha de mercúrioA Pilha de mercúrio

• A sua utilização foi proibida em muitos países devido:

- toxicidade do óxido de mercúrio;

- para prevenir a poluição do solo e da água.

A Pilha de óxido de prataA Pilha de óxido de prata

• Pilhas muito recentes;

• Tamanho muito reduzido;

• Não contém mercúrio;

Menos poluente

• Apresenta uma d.d.p. muito estável.

• Potencial relativamente elevado(1,5 V).

• Mais cara porque contém prata.

• Exemplo de aplicação: Pacemakers

A Pilha de óxido de prataA Pilha de óxido de prata

A Pilha de LítioA Pilha de Lítio

• Primárias ou secundárias (recarregáveis)

• pilha de iões lítio e de níquel-hidreto metálico – apesar de terem

uma densidade de energia menor do que as pilhas de lítio, são

seguras.

• Existem no mercado quer como recarregáveis, quer como não

recarregáveis.

• Armazenam uma elevada carga eléctrica por quilograma;

• d.d.p. tende a ser superior (lítio é um metal pouco denso e redutor

muito mais forte que os metais usados noutras pilhas);

• pilhas de lítio-dióxido de manganês

4Li + MnO2 2Li2O + Mn

• usadas em máquinas fotográficas e telemóveis

Pilhas secundáriasPilhas secundPilhas secundááriasrias

Acumulador de chumbo

• Uma bateria ou acumulador de chumbo é constituída por 6 pilhas ligadas em série.

• O ânodo é feito de chumbo e cátodo é também constituído por uma placa de chumbo em contacto com uma pasta de óxido de chumbo, PbO .

• Ânodo e Cátodo encontram-se imersos numa solução diluída de ácido sulfúrico (electrólito).

• Conseguem uma d.d.p. de 12 V.

O que acontece para haver descarga da bateria?

• Ao fim de algum tempo, os dois eléctrodos ficam com a mesma

composição em PbSO4 e a solução ácida fica mais diluída – a

bateria não fornece corrente: está descarregada.

• Deve ser evitado porque é impossível a recarga.

O que acontece para haver a recarga da bateria?

• Pode ser feita pelo fornecimento de energia eléctrica por:

- um alternador de um veículo em movimento;

- um gerador exterior.

• Quando se carrega uma bateria usando cabos eléctricos, o motor

do automóvel deve estar ligado.

Reacções que ocorrem

Acumulador de chumbo

• Durante a descarga forma-se PbSO4;

• A bateria deixou de funcionar – Os dois eléctrodos têm a mesma

composição em PbSO4;

• Aplicando uma diferença de potencial nos extremos da bateria

inverte-se o processo, repondo as massas activas.

Isto é possível porque as reacções são reversíveis!

Reacções que ocorrem durante a descarga da bateria:

O que fazer quando uma pilha/ bateria atinge o fim do seu ciclo?O que fazerO que fazer quando uma pilha/ bateria atinge o fim do seu ciclo?quando uma pilha/ bateria atinge o fim do seu ciclo?

Zinco

Cádmio

Chumbo

Mercúrio

Contaminantes perigosos quando em contacto com os lençóis freáticos.

Contaminação de produtos agrícolas

É fundamental prevenir!

As pilhas/ baterias devem ser recolhidas para recuperar/ eliminaros seus constituintes

Excepção:

(Ex.º) Pilha de lítio – não contêm na sua composição materiais cujo valor justifique a sua recuperação/ eliminação.

– as baterias devem ser recolhidas para recuperação do chumbo, do ácido e do invólucro exterior.

• As pilhas contêm vários contaminantes perigosos (mesmo a concentrações muito baixas):

- zinco

- cádmio

- mercúrio

- chumbo

-…

• Estes elementos químicos têm tendência acumular-se nos organismos vivos e a concentrarem-se aquando das transferências de matéria nas cadeias tróficas.

• A contaminação produz-se por lixiviação. A d.d.p. residual provoca corrosão na envolvente metálica, destruindo-a.

• Os iões dos metais “pesados” passam para as águas de lixiviação:

1. nos aterros;

2. as pilhas quando abertas deixam escapar os metais “pesados”que se misturam com os líquidos formados no lixo;

3. com a chuva o líquido infiltra-se no solo, atingindo o lençol freático.

Essa água, usada na irrigação agrícola, contamina legumes, frutas e verduras;

4. nas cidades.

Uma pilha ideal deveria ser:

• barata

• portátil

• não poluente quando descartada

• manter constante a diferença de potencial

Pilha de CombustívelPilha de CombustPilha de Combustíívelvel

• Pode produzir energia eléctrica através de um processo electroquímico, com formação de água.

• célula de combustível de H2 /O2

• O oxigénio, obtido através do ar, alimenta o cátodo da pilha;• O hidrogénio alimenta o ânodo da pilha;

• Os eléctrodos são inertes, e catalizadores da reacção (exº. Pt,

Ni,…)

• Electrólito: H+ e O2- combinam-se para formar H2O.

Reacção de combustão do H2

As pilhas de combustível alcalinas desenvolvidas pela NASA:

• Utilizam um electrólito de KOH.• Possuem elevada potência (cerca de 2.2 kW) e tempos de vida

mais elevados.

Conclusão:

• As pilhas de combustível não armazenam energia química (ao contrário das baterias!).

• Os reagentes são continuamente renovados e os produtos removidos da pilha.

Não pode ser considerada célula primária

• Não é recarregável!

Não pode ser considerada célula secundária

• O seu rendimento elevado deve-se à redução das perdas de energia para o exterior.

Pilha de concentração