Pilhas e baterias, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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PILHAS

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 supra-

enunciado, 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 DANIELL

PILHA DE DANIELL

montagem esquemática

No diagrama existem dois

compartimentos, chamados MEIAS-

CÉLULAS, 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 ZnSO

4

. Considerando-se

que o zinco, neste caso, tem uma

tendência espontânea para perder

elétrons, temos:

Zn ® Zn

2+

• 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).

PILHA DE DANIELL

PILHA DE DANIELL

montagem esquemática

No compartimento da direita

(meia-célula do cobre), existe uma

chapa de cobre mergulhada em

solução aquosa de CuSO

4

.

considerando-se que o Cu

2+

, neste

caso, tem uma tendência

espontânea para receber elétrons,

temos:

Cu

2+

• 2e-  Cu (redução)

desse modo o Cu

2+

"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 );

PILHA DE BUNSEN

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

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

PILHA DE LECLANCHÉ

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 H

2

S

4

diluído.

Na solução se liberam cátions

H

e ânions SO

4

, enquanto as

superfícies das duas placas de

chumbo imersas no ácido

sulfúrico recobrem-se de um

véu de PbSO

4

. 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:

b) No cátodo (-) os cátions (H

+)

cedem

sua carga positiva e reagem com o

PbSO

4

de que é recoberta a placa

negativa, segundo a reação:

PbSO

4

+H Pb + H

2

SO

4

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.

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 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.