Produção de uma pilha alcalina – Uma proposta experimental

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

FEPROQUIM - Feira de Projetos de Química

Autores

Domingues, C.A.P. (COLEGIO OBJETIVO ARUJÁ) ; Bispo, F.S. (COLEGIO OBJETIVO ARUJÁ) ; Lee, W.S.M. (COLEGIO OBJETIVO ARUJÁ) ; Bertelli, R.B.F.B.M. (COLEGIO OBJETIVO ARUJÁ) ; Bernardo, J.V.A.J. (COLEGIO OBJETIVO ARUJÁ)

Resumo

As pilhas são muito presentes nos aparelhos modernos, no entanto a falta de compreensão sobre seu funcionamento é bastante comum (BOCCHI; FERRACIN; BIAGGIO, 2000). Isso porque existe uma variedade de modelos que envolvem a complexidade dos conceitos da eletroquímica. Assim o presente trabalho se propõe a produzir uma pilha a fim de favorecer a compreensão da eletroquímica de maneira empírica. Para isso utilizaram-se materiais acessíveis, tais como carvão vegetal, grafite e seringas de plástico. O modelo adotado foi o da pilha alcalina - zinco metálico, dióxido de manganês e hidróxido de potássio (eletrólito) e obteve-se diferença do potencial (ddp) entre 1,2 e 1,46 V. Sendo esse último resultado um valor aproximado ao de uma pilha comum.

Palavras chaves

Pilha; Experiência ; Eletroquímica

Introdução

Em meados do século XVIII, Benjamin Franklin denominou de bateria um conjunto de capacitores conectados. Anos mais tarde, a eletroquímica se apropriou desse termo e passou a aplicar para designar o conjunto de células voltaicas interconectadas. Pilha é o vocábulo utilizado para descrever um dispositivo que contenha apenas uma célula voltaica (NISENBAUM). Atualmente existem inúmeros aparatos com essa denominação. Em geral são formados por “dois eletrodos e um eletrólito, arranjados de maneira a produzir energia elétrica. O eletrólito pode ser líquido, sólido ou pastoso, mas deve ser, sempre, um condutor iônico” (BOCCHI et al, 2000). No ano de 1800, Alessandro Volta apresentou uma carta à Royal Society de Londres onde descrevia a invenção de um “eletromotor” - um aparato capaz de produzir eletricidade através do empilhamento de discos metálicos. Anos mais tarde, esse aparelho ganhou a designação atual (pilha) em função da maneira como os discos foram dispostos (MAGNAGHI e ASSIS, 2008). No ano de 1860, o químico francês George LECLANCHÉ inventou uma pilha que utilizando zinco metálico (ânodo) e grafite (cátodo). A grande inovação, refere-se ao fato do eletrólito (mistura de dióxido de manganês, carvão em pó, cloreto de amônio e cloreto de zinco) utilizado não ser solução aquosa, o que pode ser considerado um precursor das atuais pilhas secas (BOCCHI et al, 2000). A reação que indica o funcionamento dessa pilha é dada por: Zn (s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH4+(aq) → Zn2+(aq) + Mn2O3 (s) + 2 NH3(g) Nas pilhas alcalinas atuais (pilha seca), a reação catódica é igual, porém a descarga anódica é diferente. Nela a oxidação do zinco resulta em hidróxido de zinco. A equação global é dada por: Zn (s) + 2 MnO_2(s) + 2 H₂O(l) → Zn(OH)_2(s)

Material e métodos

*Seringas de 5 mL; *Hidróxido de potássio (KOH); *Dióxido de manganês (MnO₂); *Carvão Vegetal; *Grafite; *Papel de filtro; *Placa de zinco; *Água destilada; *Becker; *Almofariz e pistilo; *Multímetro; _______________________________________________________________ - A seringa de 5 mL foi cortada em uma medida aproximada de (5cm) para ser utilizado como invólucro da pilha; Em um béquer, dissolveu-se 30g de hidróxido de potássio em 50 mL de água destilada e reservou (SOLUÇÃO 1). Com o auxílio de um almofariz, pulverizou o carvão vegetal até obtenção de pó e 3g dele foi misturado com 8g de dióxido de manganês (MISTURA 1) A placa de zinco (50mm x 30mm), foi cortada em tiras na base, e reservada no papel de filtro, cortado no meio, adicionou a MISTURA 1 e um pedaço de grafite (5,5cm) e enrolou, O pacote obtido foi inserido no invólucro e adicionado ao béquer, contendo a SOLUÇÃO 1, o sistema foi deixado em repouso por 15 minutos.

Resultado e discussão

O primeiro teste resultou uma pilha com 1,46 V de ddp (FIGURA 1). Mesmo com a voltagem um pouco abaixo do esperado (1,5V), a pilha foi testada em uma calculadora. Esta permaneceu em funcionamento por aproximadamente uma hora. (FIGURA 2) Para identificar a discrepância de resultado, novos testes foram realizados. Para tal, mudou-se a quantidade da mistura 1. Nos testes posteriores, foi diminuída a quantidade da referida mistura e obteve-se ddp de 1,2V. Portanto a quantidade afetava o resultado. Partiu-se para experimentos onde a quantidade de mistura 1 foi aumentada. Como resultado, a ddp aumentou até o limite de 1,46V, independentemente da quantidade extra-adicionada. Acredita-se que não conseguimos chegar ao ddp esperado, pois a placa do metal utilizada não era pura. O zinco é um metal relativamente mole, e o que foi utilizado era rígido (possivelmente uma placa zincada). Apesar do melhor resultado estar um pouco abaixo do desejado, a pilha produzida foi testada em uma calculadora, e esta funcionou normalmente por aproximadamente 1 hora. Como os materiais utilizados foram de fácil acesso, tal projeto pode ser realizado sem um custo elevado, podendo assim, ser realizado em escolas e pelos próprios alunos, visto que é simples e eficiente. Aumentando o conhecimento do aluno sobre a área da eletroquímica e seus conceitos.

Diferença de potencial obtido para o primeiro teste.


A- Pilha inserida na calculadora B- Calculadora em funcionamento

Conclusões

As pilhas são parte integrante da vida do homem moderno, presente em aparelhos como controles, relógios, brinquedos etc. No entanto, sabe-se muito pouco sobre seu funcionamento e composição. Este fato pode explicar o elevado número de pilhas descartadas em locais indevidos (GOMES e MELO, 2006). A pilha produzida neste trabalho pode ser utilizada para facilitar a compressão dos processos eletroquímicos envolvidos, com a vantagem de ser elaborada com matérias acessíveis e com eficiência similar, podendo por sua vez melhorar a compreensão da eletroquímica, que costuma ser exaustivo aos alunos.

Agradecimentos

Agradeço ao meu colégio pelo espaço cedido, agradeço a meu professor e amigos pela orientação e incentivo.

Referências

BOCCHI, N.; FERRACIN, L.C. e BAGGIO, S.R. Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental. Química Nova na Escola, v. 11, 2000.
GOMES, A. C. L., MELO, S. R de., Pilhas e Efeitos Nocivos. Arq Mudi. Departamento de Ciências Morfofisiológicas da Universidade Estadual de Maringá, 2006.
MAGNAGHI, C. P.; ASSIS, A. K. T. Sobre a eletricidade excitada pelo simples contato entre substâncias condutoras de tipos diferentes – Uma tradução comentada do artigo de Volta de 1800 descrevendo sua invenção da pilha elétrica, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Vol. 25, pp. 118-140 (2008).
NISENBAUM, M. A. Pilhas e Baterias. [Rio de Janeiro]: Sala de Leitura, [s.d]. Disponível em: <http://web.ccead.puc-rio.br/condigital/mvsl/Sala%20de%20Leitura/conteudos/SL_pilhas_e_baterias.pdf>. Acesso em: 13 de agosto de 2019