Pilhas

O que são pilhas?

As pilhas são dispositivos no qual ocorre uma reação de oxidação e redução de modo espontâneo que permite a geração de corrente elétrica. Desse modo: uma espécie perde elétrons (oxidação), enquanto outra ganha esses elétrons (redução), simultaneamente. 

Sendo assim, como os elétrons partem de um componente para outro, forma-se a corrente elétrica que é capaz de promover o funcionamento de diferentes dispositivos elétricos. 

Componentes de uma pilha

Uma pilha é composta por dois eletrodos, cátodo e ânodo, e por um eletrólito.

• Cátodo: eletrodo positivo em que ocorre a reação de redução do sistema, ou seja, há o ganho de elétrons;
• Ânodo: polo negativo onde acontece a reação de oxidação do sistema, sendo assim, ocorre a perda de elétrons;
• Fio condutor: é o meio em que os elétrons cedidos no ânodo percorrem até chegar no cátodo. 

Como é o funcionamento das pilhas?

O funcionamento das pilhas está relacionado à reação de oxirredução que acontece no sistema. Para compreender e visualizar de modo efetivo, pode-se explicar os funcionamentos das pilhas por meio da pilha de Daniell. 

Nessa pilha, tem-se:

• Um ânodo formado por uma placa metálica de zinco, em que, essa placa é colocada em imersão em uma solução aquosa de sulfato de zinco (ZnSO₄). A placa sofre o processo de oxidação, perdendo elétrons e liberando cátions Zn²⁺ na solução. Desse modo, perde massa e ocorre o aumento da concentração de Zn²⁺;
• Um cátodo formado por uma placa metálica de cobre que se encontra imersa em uma solução de sulfato de cobre (CuSO₄). Sendo assim, na solução existem cátions de Cu²⁺ que sofrem o processo de oxidação e recebem os elétrons liberados pelo ânodo. Esses cátions se tornam cobre metálico e aderem a placa. Com isso, a placa metálica aumenta sua massa e a concentração de íons. Cu²⁺ diminui na solução;
• Uma ponte salina formada por um eletrólito. No caso da pilha de Daniell, uma solução de cloreto de potássio (KCl). Durante o funcionamento da pilha, os cátions de potássio, K⁺, deslocam-se para a solução do cátodo e os ânions, Cl^–, para a solução do ânodo;
• E um fio condutor que conecta o ânodo ao cátodo. 

As pilhas atuais apresentam o mesmo tipo de funcionamento da pilha de Daniell. Em que há a ocorrência de uma reação de oxirredução entre dois metais e a presença de uma solução eletrolítica. A principal diferença é que atualmente, os eletrólitos utilizados não estão em estado líquido.

Qual é a função da ponte salina?

A ponte salina apresenta a função de evitar o acúmulo de cargas elétricas nas soluções presentes no cátodo e no ânodo.

O excesso de cátions no ânodo pode passar pela ponte salina até o cátodo, do mesmo modo, o excesso de ânions presente no cátodo pode migrar em direção ao ânodo. 

Logo, a ponte salina permite o funcionamento da pilha, uma vez que, o acúmulo de cargas elétricas positivas poderia atrair os elétrons do fio metálico para a placa de zinco, enquanto o acúmulo de cargas elétricas negativas provocaria a repulsão dos elétrons do fio metálico, impedindo-os de chegar até a placa de cobre. 

Se a ponte salina é retirada do sistema, o fluxo de elétrons é interrompido através do fio condutor e a pilha deixa de funcionar. 

Quais são os tipos de pilhas?

Atualmente, existem diferentes tipos de pilhas. As mais comuns são: pilha de Leclanché, alcalina, lítio e iodo e mercúrio e zinco. 

Pilha de Leclanché

A pilha de Leclanché foi a primeira pilha a ser desenvolvida sem a presença de uma solução. Essa pilha produz uma diferença de potencial de 1,5 V e são indicadas para utilização em equipamentos que necessitam de descargas leves e contínuas.

Os componentes dessa pilha, são:

• Ânodo formado por uma placa de zinco metálico;
• Cátodo formado por uma pasta contendo cloreto de amônio (NH₄Cl), dióxido de manganês (MnO₂), água e amido;
• Barra de grafite como condutor elétrico.

São as pilhas mais comuns, sendo utilizadas em brinquedos, controle remoto, relógio, entre outros.

Pilha alcalina

A pilha alcalina possui a mesma estrutura que a pilha de Leclanché, gerando uma diferença de potencial também em torno de 1,5 V. A diferença entre os dois modelos está na composição do ânodo e do cátodo. 

Nessa pilha, seus componentes são:

• Ânodo formado por uma placa metálica de zinco, cádmio e outros metais;
• Cátodo formado por uma pasta composta por óxidos de alguns metais, na presença de cloreto de potássio (KCl) e não cloreto de amônio como a pilha comum;

A pilha alcalina tem as mesmas utilidades que a pilha comum.

Pilha de lítio e iodo

Essa pilha tem uma geração de potencial maior que as pilhas apresentadas anteriormente, produzindo um valor de diferença de potencial em torno de 2,8 V em que seus componentes são:

• Ânodo formado por uma placa de lítio;
• Cátodo formado por um complexo de iodo.

Esse tipo de pilha é utilizado em marca-passos.

Pilha de mercúrio e zinco

A pilha de mercúrio e zinco é muito utilizada em relógios e calculadoras. Produz uma diferença de potencial de cerca de 1,35 V, apresentando os seguintes componentes:

• Ânodo formado por uma placa de zinco;
• Cátodo formado por uma mistura pastosa de óxidos de mercúrio (HgO).

Qual a primeira pilha?

A primeira pilha foi montada pelo cientista italiano Alessandro Volta em 1800. Era uma pilha formada por diferentes discos metálicos intercalados um em cima do outro.

Um dos discos era composto de zinco e outro era de cobre. Devido a composições diferentes eles eram intercalados e separados por um algodão molhado em salmoura (solução de água e sal), formando uma grande coluna. Foi por causa desse sistema, que a pilha recebeu esse nome, uma vez que, Volta originou uma pilha de discos.