Pilhas
Pilhas – Eletroquímica
As pilhas fazem parte do estudo da eletroquímica, um ramo da Química que analisa as reações químicas que envolvem transferência de elétrons (reações de oxirredução). Elas são dispositivos capazes de transformar energia química em energia elétrica, e estão presentes no nosso dia a dia em baterias de celular, controle remoto, lanternas, entre outros.
Como funcionam as pilhas
Em uma pilha, ocorre uma reação química espontânea que gera corrente elétrica. Essa corrente é resultado da movimentação de elétrons de um eletrodo para outro, por meio de um fio condutor. A pilha é formada basicamente por dois eletrodos (ânodo e cátodo) e uma solução eletrolítica em cada compartimento.
- Ânodo: eletrodo onde ocorre a oxidação (perda de elétrons). É o polo negativo da pilha.
- Cátodo: eletrodo onde ocorre a redução (ganho de elétrons). É o polo positivo da pilha.
Os elétrons liberados no ânodo percorrem o fio condutor e chegam ao cátodo, gerando corrente elétrica. As soluções estão conectadas por uma ponte salina, que permite a passagem dos íons e mantém o equilíbrio elétrico da pilha.
Reação de oxirredução
O funcionamento da pilha é baseado em uma reação de oxirredução. Um dos eletrodos perde elétrons (oxida), e o outro ganha elétrons (reduz). Essas reações ocorrem separadamente nos eletrodos:
- Oxidação: Zn (s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻
- Redução: Cu²⁺ (aq) + 2e⁻ → Cu (s)
No exemplo acima, temos uma pilha formada por zinco e cobre. O zinco oxida (ânodo), e o cobre reduz (cátodo), gerando eletricidade.
Diagrama de uma pilha
A representação de uma pilha segue o seguinte padrão:
Zn (s) | Zn²⁺ (aq) || Cu²⁺ (aq) | Cu (s)
O símbolo “|” indica uma fase diferente (sólido e solução), e “||” representa a ponte salina. Sempre o ânodo é escrito à esquerda e o cátodo à direita.
Diferença entre pilha e eletrólise
É comum confundir pilha com eletrólise, mas elas são opostas:
- Pilha: reação espontânea que gera energia elétrica.
- Eletrólise: reação não espontânea que ocorre com o fornecimento de energia elétrica.
Força eletromotriz (fem)
A diferença de potencial entre os eletrodos é chamada de força eletromotriz (fem) da pilha, e é medida em volts (V). A fem pode ser calculada com base no potencial padrão de redução de cada eletrodo:
fem = Eº(cátodo) – Eº(ânodo)
Se o resultado for positivo, a pilha funciona de forma espontânea e gera corrente elétrica.
Pilhas comerciais
Alguns exemplos de pilhas que usamos no cotidiano:
- Pilha seca comum (Leclanché): feita de zinco e dióxido de manganês, é usada em lanternas, controles, etc.
- Pilha alcalina: semelhante à pilha seca, mas com maior durabilidade e eficiência.
- Bateria de lítio: usada em celulares e notebooks, tem alta capacidade de armazenamento.
Impacto ambiental
As pilhas contêm metais pesados como mercúrio, chumbo e cádmio, que são tóxicos e contaminam o solo e a água quando descartadas de forma incorreta. Por isso, devem ser descartadas em locais de coleta específicos para reciclagem.
Importância no ENEM
O tema pilhas pode aparecer tanto em questões teóricas quanto em questões aplicadas no ENEM, ligadas à sustentabilidade, eletricidade e reações químicas. É fundamental entender os conceitos de oxidação, redução, eletrodos e o funcionamento geral das pilhas.
Resumo
- Pilhas transformam energia química em energia elétrica.
- Funcionam por meio de reações de oxirredução.
- O ânodo oxida (perde elétrons) e o cátodo reduz (ganha elétrons).
- A ponte salina mantém o equilíbrio iônico.
- Devem ser descartadas corretamente para evitar danos ambientais.
Estudar pilhas ajuda a compreender conceitos importantes de Química e a resolver questões práticas que envolvem tecnologia e sustentabilidade no ENEM.
