pilhas-acumuladores

PILHAS
•Se se imerge dois metais diferentes em um
eletrólito, manifesta-se entre os dois metais
uma d.d.p. cujo valor depende unicamente de
sua natureza e da do eletrólito (e não de suas
dimensões).
•Na pilha efetuam-se reações químicas com
desenvolvimento de energia sob forma de
energia elétrica.
•Com a aplicação do princípio supraenunciado, podem-se construir pilhas com
outros pares metálicos emersos em um
eletrolíto, fornecendo diferentes valores de
f.e.m., em função dos metais associados.
PILHA DE VOLTA
ALESSANDRO VOLTA (1745-1827), Físico italiano,
Professor de Física da Universidade de Pavia, em
1800 inventou a pilha elétrica constituída por
chapas de prata e zinco separadas por discos de
feltro embebidos em água salgada. Napoleão
convidou-o a prosseguir as suas experiências sobre
eletricidade em França, tendo-se tornado professor
da Universidade de Paris.
Experimento original de Volta
PILHA DE DANIELL
No
diagrama
existem
dois
compartimentos, chamados MEIASCÉLULAS, separados por uma placa
de porcelana porosa.
No compartimento da esquerda
(meia-célula do zinco), existe uma
chapa de zinco mergulhada em solução
aquosa de ZnSO4 . Considerando-se
que o zinco, neste caso, tem uma
tendência espontânea para perder
elétrons, temos:
Zn ® Zn2+ + 2e- (oxidação)
Desse modo, a chapa de zinco "solta"
elétrons para o circuito externo
(dizemos, então, que a chapa de zinco é
o eletrodo negativo ou anodo).
montagem esquemática
PILHA DE DANIELL
No compartimento da direita
(meia-célula do cobre), existe uma
chapa de cobre mergulhada em
solução
aquosa
de
CuSO4.
considerando-se que o Cu2+, neste
caso,
tem
uma
tendência
espontânea para receber elétrons,
temos:
Cu2+ + 2e-  Cu (redução)
desse modo o Cu2+ "captura"
elétrons do circuito externo,
através da chapa de cobre, que se
torna positiva (dizemos, então, que
a chapa de cobre é o eletrodo
positivo ou catodo );
montagem esquemática
PILHA DE DANIELL
A porcelana porosa deve impedir a
mistura das duas soluções, mas deve
permitir a passagem dos íons que estão
sendo atraídos ou repelidos pelas forças
elétricas.
Após certo tempo de funcionamento da
pilha, notamos que a chapa de zinco está
corroída, a chapa de cobre aumentou devido
à deposição de cobre e as concentrações das
soluções se alteraram. Tudo isso é
conseqüência da própria reação geral de
funcionamento da pilha:
Resumindo, podemos dizer que a pilha ou a célula eletroquímica é um dispositivo que
transforma energia química em energia elétrica. Isso é conseguido, por meio de uma reação de
oxi-redução, com o oxidante e o redutor separados em compartimentos diferentes, de modo que
o redutor "entrega" elétrons ao oxidante através de um circuito externo (fio).
PILHA DE BUNSEN
A pilha de Bunsen é constituída de um vaso de vidro
contendo ácido sulfúrico diluído e o eletrodo negativo, de
forma circular, de zinco.No centro se encontra um vaso poroso
de porcelana contendo o eletrodo positivo, constituído de uma
haste de carbono, mergulhada em ácido nítrico concentrado
(despolarizante).
A f.e.m. desenvolvida pela pilha de Bunsen é de cerca
de 1,9 V.
PILHA DE GRENET
A pilha de Grenet é constituída
de um vaso de vidro contendo ácido
sulfúrico diluído (ácido excitador) e
bicromato
de
potássio
(líquido
despolarizante), com duas placas de
carbono de retorta, imersas e separadas
por uma placa de zinco amalgamada
(eletrodo negativo). A f.e.m. gerada pela
pilha de Grenet é de cerca de 2V.
PILHA DE LECLANCHÉ
O MnO2 triturado e mesclado com o carvão, constitui em
conjunto com a barra de grafite o eletrodo positivo e a pasta de
NH4Cl mais o eletrodo de Zn constituem o eletrodo negativo.
PILHA DE LECLANCHÉ
PILHA DE LECLANCHÉ
ACUMULADORES
A história dos acumuladores começou em 1859, quando
o físico francês Raymond Gaston Planté construiu o
primeiro sistema recarregável, formando a base para as
baterias secundárias chumbo/ácido usadas até hoje.
Essas baterias apresentam características pouco usual
de envolver em ambos os eletrodos o mesmo elemento
químico.
ACUMULADOR DE CHUMBO
Um acumulador de
chumbo é preparado imergindo
duas placas de chumbo em um
vaso contendo H2S04 diluído.
Na solução se liberam cátions
H+ e ânions SO4-2, enquanto as
superfícies das duas placas de
chumbo imersas no ácido
sulfúrico recobrem-se de um
véu
de
PbSO4.
Nestas
condições, não é possível obter
f.e.m. do aparelho porque os
dois
metais
imersos
no
eletrólito são químicamente
iguais entre si.
CARGA DE UM
ACUMULADOR DE CHUMBO
Se ligarmos as duas placas de
chumbo a um gerador de corrente
contínua, tem-se:
a) No ânodo (+) os ânions SO4-2 cedem
suas cargas negativas e se combinam
com a água e com o PbSO4 de que é
recoberta a placa positiva, segundo a
reação:
PbSO4 + SO4 + 2H20 PbO2 + H2SO4
com a formação de bióxido de chumbo
de cor vermelho tijolo;
CARGA DE UM
ACUMULADOR DE CHUMBO
Se ligarmos as duas placas de
chumbo a um gerador de corrente
contínua, tem-se:
b) No cátodo (-) os cátions (H+) cedem
sua carga positiva e reagem com o
PbSO4 de que é recoberta a placa
negativa, segundo a reação:
PbSO4 +H Pb + H2SO4
com a formação de chumbo metálico,
de cor cinza claro;
CARGA DE UM
ACUMULADOR DE CHUMBO
Mediante a eletrólise, obtém-se,
portanto, duas placas metálicas
químicamente diferentes entre si, entre
as quais, aparece uma F.E.M. .
O processo de carga é
verificado
principalmente
pela
densidade da solução da bateria, sendo
que após retirada, estabelece-se nos
terminais do acumulador uma tensão
de repouso de aproximadamente 2 V.
DESCARGA DE UM
ACUMULADOR DE CHUMBO
Quando o acumulador carregado é
ligado ao circuito de consumo, começa a se
descarregar.
No processo de descarga, o
acumulador se comporta como uma pilha,
sendo que o sentido da corrente é oposto ao
sentido de corrente de carga.
a) Reação química no ânodo:
Pb + H2 + H2SO4  PbSO4 + H2O
b) Reação química no cátodo:
Pb + SO4  PbSO4
PLACAS
As placas positivas e as
placas negativas (intercaladas
entre si de modo a alternar
regularmente as polaridades)
são ligadas á respectiva régua
de chumbo.
Finalmente, todo o
conjunto é disposto em um
recipiente formado de material
isolante.
ACUMULADORES DE NÍQUEL
• Acumuladores alcalinos de ferro-níquel, são acumuladores de
eletrolito alcalino, ao invés de ácido.
• O eletrodo negativo desses acumuladores é constituído de placas
planas de aço niquelado, em forma de caixas finas retangulares de
paredes perfuradas, contendo em seu interior a matéria ativa.
• O eletrodo positivo pode ser constituído tanto de placas planas
como o eletrodo negativo como de tubos de aço niquelado,
perfurado, dispostos sob pressão em um painel de aço, para
constituir a placa.
ACUMULADORES DE NÍQUEL
•A matéria ativa para as placas positivas é formada de pós prensados de hidróxido
de níquel, enquanto as placas negativas contêm pós de :
Ferro (acumulador de ferro-níquel)
Cádmio (acumulador de cádmio-níquel).
•Nas reações químicas, somente toma parte a matéria ativa e não o eletrólito.As
reações químicas consistem de oxidações e sucessivas reduções da matéria ativa.
descarga

Fe  2 Ni(OH) 3
Fe(OH) 2  2 Ni(OH) 2

carga
constituição específica dos 7 tipos de pilhas mais comercializados
LIGAÇÃO DE GERADORES
ELÉTRICOS
Características da Associação em Série
•Na associação em série, o terminal positivo de um gerador é conectado ao
terminal negativo do outro, sendo que os geradores funcionam como um gerador
equivalente, cuja força eletromotriz é maior.
•A força eletromotriz equivalente (Eeq) igual à soma das forças eletromotrizes
dos geradores:
Eeq = E1 + E2 + ... + En-1 +En
•A resistência interna equivalente (Req) é igual à soma das resistências elétricas
internas de cada gerador:
req = r1 + r2 +... + rn-1 + rn
•a mesma intensidade da corrente elétrica que atravessa todos os geradores;
LIGAÇÃO DE GERADORES
ELÉTRICOS
Características da Associação em Paralelo
•Por agrupar geradores de mesma força eletromotriz, a associação
em paralelo traz uma vantagem sobre associação em série: diminui
a dissipação da potência elétrica por efeito Joule, aumentando
assim, a durabilidade dos geradores.
•A força eletromotriz equivalente igual à força eletromotriz de cada
gerador:
Eeq = E1 = E2 = E3 = ....
•A resistência interna equivalente menor que a resistência interna
de qualquer gerador da associação:
1/ Req = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / Rn-1 + 1 / Rn