História das pilhas

Desenvolvidas em 1799, por Alexandre Volta, as pilhas são elementos responsáveis por realizar a transformação de energia química, através da oxirredução, em energia elétrica.

1. HISTÓRIA DAS PILHAS DA PILHA DE VOLTA À CONTEMPORANEIDADE

2. APRESENTAÇÃO Discentes : Jason Levy Reis ; Mateus Barbosa; Victor Said; Victória Cabral. Docente: Thaíse Silva; Disciplina : Química III; Tema: História das pilhas; Turma: 5832 – Unidade III ; Curso: Automação Industrial . Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia Departamento Acadêmico de Automação e Sistemas Coordenação de Automação Industrial Salvador 2014 2

3. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 1.1 METODOLOGIA 1.2 OBJETIVOS 2 ELETROQUÍMICA 2.1 FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA 2.2 ELETROQUÍMICA E PILHAS 3 CONTEXTO HISTÓRICO 3.1 RELEVÂNCIA DA PILHA PARA A QUÍMICA 4 SURGIMENTO DAS PILHAS 4.1 PILHA DE VOLTA 4.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 5 EVOLUÇÃO DAS PILHAS 6 IMPORTÂNCIA DA QUÍMICA PARA A SOCIEDADE EM GERAL 7 BATERIAS: EVOLUÇÃO DAS PILHAS ? 7.1 TIPOS DE BATERIA 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 3

4. INTRODUÇÃO Desenvolvidas em 1799, por Alexandre Volta, as pilhas são elementos responsáveis por realizar a transformação de energia química, através da oxirredução, em energia elétrica. Este trabalho tem por objetivo realizar uma análise histórica a respeito das pilhas, descrevendo e comparando os diversos modelos desenvolvidos ao decorrer de sua origem. A metodologia empregada foi a revisão bibliográfica, que fundamentou-se por meio da utilização de artigos, apostilas, dissertações de mestrado, e websites. OBJETIVO E METODOLOGIA 4

5. FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA no contexto das pilhas

6. Espontaneidade das reações de Oxirredução. Zinco e Cu² + ou Magnésio e solução ácida como HCl . Por serem espontâneas, podem ser usadas para gerar eletricidade. As pilhas são em geral formadas por: Duas s emicélulas ; Fio m etálico ou fio de metal; Ponte s alina. FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA 6

7. A tensão de uma pilha representa a tendência de ocorrer a reação de oxirredução entre as espécies que formam a pilha. O potencial de um eletrodo, de uma certa espécie, é medido a partir do eletrodo padrão de Hidrogênio. Exemplo: Zinco e Hidrogênio. Zn (s) → Zn ² + ( aq ) + 2e - 2H + ( aq ) + 2e - → 2H 2 (g) Zn (s) + 2H + ( aq ) → Zn² + ( aq ) + 2H 2 (g) E˚ = 0,76 V 7 ELETROQUÍMICA E AS PILHAS

8. SURGIMENTO DAS PILHAS A PRIMEIRA PILHA: PILHA DE VOLTA

9. Surgimento das pilhas Luigi Galvani (1737-1798); 1791 – Descoberta de um novo Fenômeno: “Eletricidade animal”. Professor de física; Desvendou a questão da “eletricidade animal”; Responsável pela criação da “Pilha Voltaica”; Iniciou a “era da eletricidade ”. ALESSANDRO VOLTA (1745-1827) 9

10. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Desenvolvida em 1799; Publicada em 1800; As pilha possuíam curta duração; Importante descoberta; Classificação das classes condutoras ; 10

11. HISTÓRIA DAS PILHAS Da pilha de Volta às pilhas de Lítio

12. Em 1791, Luigi Galvani descobriu o efeito fisiológico da eletricidade ao realizar experimento com rãs. O experimento de Galvani abriu caminhos na pesquisa e desenvolvimento de pilhas utilizando elementos químicos. Em 1800, Alessandro Volta criou a primeira pilha utilizando discos de Cobre e Zinco entremeados de algodões ou papéis embebidos em Ácido Sulfúrico. HISTÓRIA DA PILHA 12

13. Em 1836, John Frederic Daniell fabricou uma pilha que solucionava às falhas apresentadas pela pilha de Volta. HISTÓRIA DA PILHA 13 Vapores ácidos; Alta periculosidade. A pilha de Alessandro Volta representou um grande progresso na área científica.

14. Em 1839, William Robert Grove criou a primeira célula combustível, que ele denominou bateria a gás. Gaston Planté , em 1859, criou a primeira pilha recarregável, o acumulador de chumbo-ácido, cuja versão mais atual é utilizada em carros. HISTÓRIA DA PILHA 14 Em 1901, Thomas Edison inventou as pilhas alcalinas, utilizando Níquel Ferro. As pilhas alcalinas são utilizadas largamente na atualidade.

15. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DAS PILHAS Das pilhas secas, às de Lítio

16. PILHA ALCALINA: é considerada uma pilha seca básica, assim como a anterior não utiliza uma solução como eletrólito, mas sim uma pasta constituída de Hidróxido de Potássio (KOH). Produz de 1,55 V. Esse tipo de pilha tem durabilidade de cinco a oito vezes maior do que as pilhas secas ácidas. Diferente da anterior, que a amônia deposita-se na barra de grafite, a solução básica – além de melhor condutora – não dificulta o fluxo de elétrons entre terminais ao decorrer do uso. O zinco utilizado sofre menos desgaste, de modo à aumentar a vida útil da pilha. 16 PILHA DE LECLANCHÉ : é considerada uma pilha seca ácida, pois não utiliza uma solução como eletrólito, mas sim uma pasta constituída de NH 4 Cl + ZnCl 2 . Produz uma tensão entre 1,4 e 1,7 V. Esse tipo de pilha tem durabilidade proporcional à quantidade de MnO 2 . Quando esse composto é totalmente consumido, conclui-se o funcionamento da pilha. Em geral, existe a possibilidade do selamento hermético ser rompido, tendo em vista que a pilha é lentamente corroída internamente pelo eletrólito. O NH 3 formado deposita-se no grafite, formando um isolante elétrico. PILHA DE MERCÚRIO: é considerada uma pilha de tensão constante, produzindo uma tensão entre 1,35 V. Nessas pilhas, a fim de reduzir seu tamanho, as substâncias que compõem a pilha são: cápsula de Zn; pasta de óxido de mercúrio II e a solução eletrolítica de hidróxido de potássio (KOH ( aq ) ). Esse tipo de pilha tem longa durabilidade, com alto índice de eficiência. Nessas pilhas, o selamento hermético é reforçado, para que não possa ser rompido, tendo em vista que a pilha é constituída de mercúrio, o qual é prejudicial à saúde e a natureza. Nome Ano Equação Zinco/Dióxido de Manganês (Pilha de Leclanché ) 1865 Ânodo: Zn (s) Zn 2+ ( aq ) + 2e - Cátodo : 2 MnO 2( aq )  + 2 NH 4   1+ ( aq ) + 2 e -   → 1 Mn 2 O 3(s)  + 2 NH 3(g)  + 1 H 2 O (l) Global : Zn (s)  + 2 MnO 2( aq )  + 2 NH 4   1+ ( aq )  → Zn 2+ ( aq )  + 1 Mn 2 O 3(s)  + 2NH 3(g) Zinco/Dióxido de Manganês (Pilha Alcalina) 1901 Ânodo: Zn + 2 OH →  ZnO   + H 2 O + 2e - Cátodo: 2 MnO 2  + H 2 O + 2e - → Mn 2 O 3  + 2 OH Reação global: Zn +2 MnO 2 →  ZnO   + Mn 2 O 3 Zinco/Mercúrio (Pilha de Mercúrio) 1945 Ânodo: Zn (s)  + 2 OH 1- ( aq )  → ZnO (s)  + 2 H 2 O (l)  + 2e - Cátodo: HgO (s)  + H 2 O (l)  + 2e -  → Hg (l)  + 2 OH 1- ( aq )   Reação Global: HgO (s)  + Zn (s)  → ZnO (s)  +  Hg (l) Lítio/Iodo (Pilha de Lítio) Ânodo: 2 Li (s)  → 2 Li + (s)  + 2e - Cátodo: 1 I 2(s)  + 2e - → 2 I - (s) Reação Global: 2 Li (s)  + 1 I 2(s)  → 2 LiI (s) Nome Ano Equação Zinco/Dióxido de Manganês (Pilha de Leclanché ) 1865 Zinco/Dióxido de Manganês (Pilha Alcalina) 1901 Ânodo: Zn + 2 OH →  ZnO   + H 2 O + 2e - Cátodo: 2 MnO 2  + H 2 O + 2e - → Mn 2 O 3  + 2 OH Reação global: Zn +2 MnO 2 →  ZnO   + Mn 2 O 3 Zinco/Mercúrio (Pilha de Mercúrio) 1945 Ânodo: Zn (s)  + 2 OH 1- ( aq )  → ZnO (s)  + 2 H 2 O (l)  + 2e - Cátodo: HgO (s)  + H 2 O (l)  + 2e -  → Hg (l)  + 2 OH 1- ( aq )   Reação Global: HgO (s)  + Zn (s)  → ZnO (s)  +  Hg (l) Lítio/Iodo (Pilha de Lítio) Ânodo: 2 Li (s)  → 2 Li + (s)  + 2e - Cátodo: 1 I 2(s)  + 2e - → 2 I - (s) Reação Global: 2 Li (s)  + 1 I 2(s)  → 2 LiI (s) EVOLUÇÃO HISTÓRICA DAS PRINCIPAIS PILHAS PILHA DE LÍTIO: é considerada uma pilha com alta tensão, produzindo uma tensão entre 2,8 e 3,5 V. Nessas pilhas, as substâncias que compõem são: ânodo de lítio; cátodo de complexo de iodo. Esse tipo de pilha tem excelente durabilidade, de 8 a 10 anos, com alto índice de eficiência. Nessas pilhas, o selamento hermético é reforçado, para evitar vazamento de gases. É uma das pilhas mais leves, pois é confeccionada com o metal Lítio, menos denso da tabela periódica.

17. OUTROS ASPECTOS SOBRE AS PILHAS A QUESTÃO DA BATERIA

18. BATERIAS: A EVOLUÇÃO DAS PILHAS? A necessidade de se obter maiores tensões e correntes deu origem às baterias, que são associações de pilhas. Acumulador de Chumbo – 1856 – Gaston Plante. 18 TIPOS DE BATERIAS Bateria de Níquel Cádmio ( Ni-Cd ): Efeito Memória; Vida útil baixa; Altamente poluente; Bateria de Hidreto Metálico de Níquel ( Ni -MH): Menor toxicidade; Maior vida útil; Bateria de íons de Lítio (Li- Ion ): Atóxicas; Desnecessário ciclos completos de carga; Propensas a explosão em altas temperaturas.

19. Em um mundo em constante necessidade de energia, as pilhas e baterias são de vital importância para o funcionamento de diversos itens cotidianos. IMPORTÂNCIA DA PILHA 19

20. 20 CONSIDERAÇÕES FINAIS Fonte: SEMA, 2005.

21. REFERÊNCIAS GUEDES, Manuel V. Bicentenário da Invenção da Pilha por Alessandro Volta . Porto (Portugal): Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Eletrotécnica e Computadores, 2000. Disponível em: <http :// goo.gl/6E8lMb>. Acesso em: 22 nov. 2014. MARTINS, Roberto A. Alessandro Volta e a invenção da pilha : dificuldades no estabelecimento da identidade entre o galvanismo e a eletricidade. In: Acta Scientiarum . Technology, n. 21(4), 1999, p . 823-35 . ISSN 1415-6814. Disponível em: <http :// periodicos.uem.br/ojs/index.php/ActaSciTechnol/article/viewFile/3079/2362>. Acesso em: 22 nov. 2014. MARTINS, Roberto de Andrade. O contexto da invenção e divulgação da pilha elétrica por Alessandro Volta . Pp. 285-290, in: GOLDFARB , José Luiz & FERRAZ, Márcia Helena Mendes (eds.). Anais do VII Seminário Nacional de História da Ciência e da Tecnologia e da VII Reunião da Rede de Intercâmbios para a História e a Epistemologia das Ciências Químicas e Biológicas . São Paulo: Sociedade Brasileira de História da Ciência / EDUSP, 2000 . SEMA – Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Paraná. Desperdício zero : programa da Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Paraná. Pilhas e baterias. Curitiba: SEMA, 2005. TAVARES, J. P. M. Pilhas e baterias . Itumbiara (Goiás): IFGO , 2012. 21