Conceito de Células Electroquímicas
A eletroquímica é a parte da química que estuda a relação entre a corrente elétrica e as reações de transferência de eletrões (reações de oxirredução).
As células eletroquímicas, também designadas por pilhas, são definidas como dispositivos capazes de transformar energia química em energia elétrica por meio de reações espontâneas de oxirredução.
As baterias também realizam este mesmo processo, no entanto existem diferenças entre as pilhas e as baterias.
As pilhas possuem apenas um eletrólito (solução condutora de iões, também denominada por ponte salina) e dois elétrodos enquanto que as baterias são compostas por várias pilhas agrupadas em série ou em paralelo. Por outras palavras, o termo bateria é reservado para a associação de duas ou mais pilhas. É o caso, por exemplo, da bateria de um automóvel, que corresponde à associação de várias pilhas iguais, que fornece uma voltagem maior do que aquela que uma só das pilhas presentes no seu interior seria capaz de fornecer.
Numa pilha ocorrem sempre reações de oxirredução.
Os componentes presentes numa pilha são:
– Dois elétrodos: o ânodo e o cátodo
O ânodo é o polo negativo, sofre oxidação porque perde eletrões e é o agente oxidante.
O cátodo é o polo positivo, sofre redução uma vez que ganha eletrões e é o agente redutor.
Numa pilha, os agentes oxidante e redutor são mantidos em compartimentos separados. Cada compartimento é denominado por semicélula eletroquímica.
–Uma solução eletrolítica
A solução eletrolítica presente numa pilha também é chamada de ponte salina e tem a finalidade de manter as duas semicélulas eletricamente neutras através da migração de iões.
– Um fio metálico externo
Por meio do fio metálico, os elétrodos são ligados e ocorre a transferência de eletrões.
Uma maneira prática de representar o esquema de uma pilha é através de um diagrama:
Ânodo // Cátodo
Oxidação // Redução
A à Ax+ + xe– // Bx+ + xe– à B
O símbolo // representa a ponte salina.
Considerando um exemplo prático: A pilha de Daniell:
Através da conhecida pilha de Daniell obtém-se corrente elétrica a partir da reação de oxidação do zinco e redução dos iões cobre (II), em solução aquosa. Para montar a pilha coloca-se uma solução de sulfato de cobre (CuSO4) num copo e mergulha-se, nessa solução, uma placa de cobre. Num outro copo, coloca-se uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4) e mergulha-se uma placa de zinco. Depois ligam-se as soluções por meio de uma ponte salina que pode ser um tubo contendo uma solução eletrolítica com iões K+(aq) e SO42-(aq) ou uma placa de porcelana porosa. Por fim, ligam-se as placas metálicas por meio de um fio de cobre com um voltímetro que irá indicar a passagem de corrente elétrica. Com o tempo, o zinco metálico (Zn(s)) oxida-se, perdendo os seus eletrões que serão transferidos para a placa de cobre. Consequentemente, o cobre reduz-se recebendo os eletrões. Portanto, o zinco é o ânodo e o cobre é o cátodo.
As semirreações que ocorrem em cada semicélula podem ser representadas da seguinte maneira:
Ânodo (-): Zn (s) à Zn2+(aq) + 2e– (semirreação de oxidação)
Cátodo (+): Cu2+(aq) + 2e– à Cu(s) (semirreação de redução)
A soma das duas reações de semirredução resulta na reação global, sendo esta:
Reação Global: Zn(s) + Cu2+(aq) à Zn2+(aq) + Cu(s)
É de notar que todos os eletrões provenientes da oxidação estão envolvidos na redução, havendo conservação dos eletrões e, consequentemente, da carga elétrica total do sistema.
Representando a pilha de Daniell através do diagrama de uma pilha obtém-se:
Zn(s) | Zn2+(aq) // Cu2+(aq) | Cu(s)
Fazendo uma explicação do esquema tem-se que primeiro representa-se o ânodo separando por uma barra a espécie que se oxida da espécie resultante da oxidação. Depois tem-se o símbolo // que representa a ponte salina. Seguidamente, representa-se o cátodo separando por uma barra a espécie que se reduz da espécie resultante da redução.
Como curiosidade, a primeira pilha elétrica foi desenvolvida por Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745-1827), a partir da divulgação de resultados da pesquisa de Luigi Galvani (1737-1798).
Galvani observou contrações musculares nas pernas de rãs mortas, quando o metal onde estavam penduradas (cobre) entrava em contacto com um suporte de ferro.
Ele interpretou o fenómeno como “eletricidade de origem animal”, isto é, os músculos armazenavam eletricidade e os nervos conduziam-na.
Volta, inicialmente, repetiu e confirmou as experiências de Galvani. Contudo, com o avanço das suas investigações sobre o tema, acabou propondo outra interpretação para os fenómenos observados.
Segundo ele, a origem da eletricidade era externa, resultando do contacto entre os dois metais distintos. A rã reagia a essa eletricidade metálica como reagiria a outras formas de eletricidade externa.
Para provar a sua hipótese, Volta construiu a primeira pilha elétrica, um dispositivo contendo discos de dois metais distintos, zinco e prata, intercalados e separados por um papelão humedecido com solução salina, capaz de gerar corrente elétrica, a qual era conduzida por fios metálicos ligados às extremidades da “pilha” de discos.
