Univer sidade Feder al do Rio Gr ande do Sul Instituto de Qumica r ea de Educao Qumica

ELETROQUMICA PARA O ENSINO MDIOVerno Krger Cesar Valmor Machado Lopes Alexandre Rodrigues Soares

UNIVERSIDAE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE QUMICA REA DE EDUCAO QUMICA

Srie Propostas para o Ensino de Qumica

ELETROQUMICA PARA O ENSINO MDIO

VERNO KRGER Licenciado em Qumica - UFRGS Mestre em Educao - UFRGS Assessor Tcnico do Centro de Cincias do Rio Grande Do Sul - CECIRS/SE CESAR VALMOR MACHADO LOPES Licenciado em Qumica - UFRGS Professor da Rede Privada do RS ALEXANDRE RODRIGES SOARES Licenciado em Qumica - UFRGS Professor da Rede Pblica do RS

PORTO ALEGRE 1997 1997 rea de Educao Qumica do Instituto de Qumica da UFRGS

Dados Inter nacionais de Catolagao-na- publicao (CIP) Biblioteca do Instituto de Qumica da UFRGS - Porto Alegre

Krger, Verno Eletroqumica para o ensino mdio/ Verno Krger, Cesar Valmor Machado Lopes, Alexandre Rodriges Soartes. -- Porto Alegre: rea de Educao Qumica do Instituto de Qumica da UFRGS, 1997. -(srie propostas para o ensino de qumica) 1. Eletroqumica-Ensino de segundo grau. I. Lopes, Cesar Valmor Machado. II. Soares, Alexandre Rodrigues. III. Ttulo. IV. Srie. CDU - 541.13

SUMRIO: 1. AS REAES REDOX.............................................................................1

2. O QUE UM CIRCUITO ELTRICO......................................................9 2.1 Como se d a conduo de corrente eltrica?.............................10

3. PILHAS...................................................................................................11

4. CONSTRUINDO UMA TABELA DE POTENCIAIS-PADRO DE REDUO..................................................................................................18

5. PILHAS SECAS: UMA ANLISE DE SUA COMPOSIO..................23

6. PILHAS E BATERIAS COMERCIAIS....................................................25 6.1. Introduo...............................................................................25 6.2.Principais Pilhas Secas e Baterias em Uso no Brasil..................25 6.3. Pilhas Primrias......................................................................29 6.4. Pilhas Secundrias ..................................................................28 6.5. Outras Baterias .......................................................................41

7. CORROSO...........................................................................................45 7.1. Desenvolvimento de Contedos ..............................................46 7.2. Fundamentao Terica...........................................................47

8. BIBLIOGRAFIA......................................................................................53

1. AS REAES REDOXAnalisando alguns elementos qumicos presentes em nosso dia-a-dia, podem surgir algumas perguntas: Por que utilizamos fios de cobre e no de chumbo, por exemplo? Por que o ferro enferruja e o ao no? E o alumnio, no enferruja? Por que fazemos panelas de alumnio e no de zinco? Poderemos responder a estas e muitas outras questes sabendo algumas caracterstcas de cada uma das substncias mencionadas. Observando as perguntas do primeiro pargrafo, quais caractersticas destes metais devem ser importantes para analisarmos? Certamente entre estas caractersticas poderemos encontrar a facilidade ou no de reagir com outras substncias. Para verificarmos melhor estas caractersticas, propomos o seguinte experimento:

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Exper imento N1: Os metais reagem no mesmo intervalo de tempo com as mesmas substncias? MATERIAL: - Fe (prego, esponja de ao) - Zn (invlucro interno de pilhas) - Mg - Al (panelas velhas) - Pb (chumbadas, coberturas de certas garrafas de vinho) - Cu (fios eltricos) - Solues de : Fe3+, Zn2+, Al3+, Pb2+, Cu2+ e HCl (todas 1M)1 - 7 tubos de ensaio - 7 pipetas - 1 estante para tubos

PROCEDIMENTO: 1. Coloque um pequeno pedao de ferro em cada um dos tubos de ensaio. 2. Adicione a cada tubo, respectivamente, 5ml de solues de Fe3+, 2+, Al3+, Pb2+, Cu2+ e HCl. Zn1Alguns

sais destes metais so insolveis, por isso recomendamos a utilizao de5

nitratos.

3. Espere alguns minutos e observe o que acontece. Anote qualquer evidncia de mudana que tenha ocorrido dentro do tubo. 4. Anote na Tabela 1 a ocorrncia ou no de reao qumica. 5. Limpe adequadamente os tubos de ensaio. Onde voc vai jogar o que restou do teste anterior? Se voc jogar na pia, para onde iro estes resduos? Discuta alternativas para o descarte deste material com seu professor. 6. Siga os mesmos procedimentos para os outros metais e faa suas observaes na Tabela 1. Tabela 1: Resultados do experimento SOLUES METAIS Ferro Zinco Magnsio Alumnio Chumbo Cobre Ao fazer a anlise dos dados, importante observar alguns detalhes da linguagem e da simbologia utilizadas pela Qumica: Seja o tomo de um metal M. Dizemos que ele est eletricamente neutro quando o seu nmero de prtons (cargas positivas) igual ao nmero de eltrons (carga negativa) da sua eletrosfera. Portanto, a sua carga total nula (carga 0) e o representamos por M0. Se ele perder um eltron (1e-), passar a ter um eltron a menos que o total de prtons e sua carga ser positiva (torna-se ction). A perda de um eltron pode ser representada como segue: M0 M1+ + 1eDizemos que o tomo M se oxidou, pois perdeu eltrons. A equao acima denominada de semi-reao de oxidao. Se este metal M0 perdesse 2 eltrons (2e-), ele passaria a ter dois prtons a mais que o total de eltrons, e a sua carga agora seria 2+. 6 Fe3+ Zn 2+ Al3+ Pb 2+ Cu 2+ H+

Esta perda de dois eltrons pode ser representada assim: M0 M2+ + 2eNovamente, como o tomo perdeu eltrons, esta semi-reao de oxidao. Por outro lado, se um ction Z1+ recebe um eltron ele volta a ter um mesmo nmero de eltrons e de prtons, sua carga fica nula (0). Este ganho de um eltron (1e-) pode ser representado assim: Z1+ + 1e- Z0 Dizemos que o tomo Z se reduziu, pois ganhou eltrons. A equao acima chamada de semi-reao de reduo. Quando se mergulha o zinco metlico em uma soluo de nitrato de cobre II (Cu2+), a reao final corresponde a uma transformao qumica do zinco metlico em ons zinco (ons de zinco em gua) e dos ons cobre em cobre metlico (que um slido). Esta reao pode ser representada pela seguinte equao: Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0 Esta equao chamada de equao global. Nela s aparecem os ons ou tomos que mudaram o seu nmero de oxidao (Nox). ANLISE DOS DADOS: a) Equacione as reaes que voc verificou terem ocorrido. Justifique. b) Observando a tabela, destaque o metal que menos reagiu e o que mais reagiu. c) Coloque os metais em ordem do que mais reagiu ao que menos reagiu (ou no reagiu). d) Um mesmo metal, mesmo em situaes diferentes, sempre perde (ou ganha) eltrons ? Por qu ? A ordem que voc formulou no item "c", a chamada fila de reatividade dos metais, que expressa a facilidade com que eles perdem eltrons (OXIDAO). 7

O cientista Linus Pauling, por meio de experincias semelhantes s que realizamos, ordenou os elementos de acordo com sua reatividade qumica. Cs - Li - Rb - K - Ba - Sr - Ca - Na - Mg - Be - Al - Mn - Zn - Cr - Fe - Cd - Co - Ni - Sn - Pb - H - Sb - Bi - Cu - Hg - Ag - Pd - Pt - Au2

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Atividades: 1) Quando temos dois elementos desta tabela em contato entre si, como ela pode nos auxiliar a prever o que vai acontecer?

2) Como se d a transferncia de eltrons nas reaes que aconteceram no experimento N1? De onde surgem? 3) Estas reaes que ocorrem com transferncias de eltrons so chamadas de reaes de oxirreduo (REDOX). OXIDAO (perda de eltrons) e REDUO (ganho de eltrons) podem acontecer separadamente uma da outra? Justifique. 4) Observando a fila de reatividade, os primeiros elementos se oxidam ou se reduzem mais facilmente frente a elementos do final da fila? Por qu? 5) Baseando-se na fila de reatividade, equacione algumas provveis reaes redox, entre os componentes da mesma: 6) As reaes que voc observou sempre apresentaram uma espcie se oxidando e outra se reduzindo. Se quisssemos divid-las em semi-reaes de reduo e oxidao, como poderamos faz-lo? (No esquea do fluxo de eltrons).

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A ordem em que aparecem os metais nesta fila de reatividade depende de seu carter metlico. Quanto mais reativo for o metal, maior ser o seu carter metlico. O "carter metlico" na verdade um conjunto de propriedades baseadas na seguinte idia: um elemento ser tanto mais metlico quanto maior for a sua capacidade de perder eltrons. Esta reatividade est relacionada com as propriedades peridicas, tais como, eletronegatividade e energia de ionizao. 8

7) Escreva as equaes para as semi-reaes de oxidao e reduo que voc observou no Experimento N1: Um mesmo elemento pode se oxidar e se reduzir? Explique. 8) Como transformar, ento, uma semi-reao de oxidao em semireao de reduo? E vice-versa? 9) Na bibliografia normalmente encontramos as semi-reaes escritas na forma de reduo. Reescreva todas as que foram discutidas anteriormente para a forma de semi-reaes de reduo, em ordem crescente de sua facilidade de se reduzir frente aos outros elementos considerados.

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Exper imento N 2: Oxidao-Reduo

Podemos verificar experimentalmente a tendncia que apresentam as substncias qumicas oxidao e reduo, bem como os produtos de uma reao REDOX. MATERIAL: - 6 tubos de ensaio - um bquer de 100ml - estante para tubos de ensaio - trip e tela de amianto - bico de Bunsen - pina de madeira - pipetas de 5 ou 10ml - tiras de papel de filtro REAGENTES: - gua de cloro (Cl2/H2O) - clorofrmio (CHCl3) ou tetracloreto de carbono (CCl4) - MnO2 (enchimento de pilhas secas) - lcool etlico (C2H5OH) - gua oxigenada (H2O2) 20 ou 30 volumes - cido clordrico conc. (HCl) - H2SO4 conc. - H2SO4 3M 9

- KI 0,5M - FeSO4 0,5M - KMnO4 0,1M - K2Cr2O7 0,1M - NH4SCN 0,05M - cobre metlico PROCEDIMENTOS: 1) KI + Cl2 a. Colocar 2ml da soluo de KI em um tubo de ensaio. b. Adicionar 2ml de gua de cloro. Observar. c. Escrever a equao da reao. d. Adicionar 2ml de CHCl3. Observar. e. Qual o agente oxidante? Qual o agente redutor? f. Equacione as semi-reaes de oxidao e reduo e a reao global. 2) MnO 2 + HCl a. Colocar uma ponta de esptula de MnO2 em um tubo de ensaio. b. Colocar na boca do tubo um pedao de papel de filtro embebido em KI. Adicionar com muito cuidado, preferencialmente em capela, cerca de 2ml de HCl conc. Observar e anotar o que acontece no tubo e com o papel. (ATENO! No cheire o tubo). Qual gs est sendo liberado? c. A equao desta reao : MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O d. Escreva as semi-reaes de oxidao e reduo. e. Qual a reao global? f. Quem se oxida e quem se reduz? g. Que reao ocorreu na tira de papel? Equacione-a e identifique as substncias. 3) KMnO 4 + H 2SO 4 + H 2O 2 a. Colocar 2ml da soluo de KMnO4 em um tubo de ensaio. b. Adicionar 1ml de H2SO4 3M c. Adicionar 2ml de H2O2. Observar. 10

d. Reao: 2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 K2SO4 + 2MnSO4 + 8 H2O + 5O2 e. Quem se oxida? Quem se reduz? f. Qual o agente oxidante? E o agente redutor? g. Equacione as semi-reaes de oxidao e reduo. 4) FeSO 4 + H 2SO 4 + H 2O 2 a. Adcionar 2ml da soluo de FeSO4 em um tubo de ensaio. b. Adicionar 1ml da soluo de H2SO4 3M. c. Adicionar 2ml de H2O2. Agitar. Observar. d. Reao: 2FeSO4 + H2SO4 + H2O2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O e. Quem so os agentes oxidante e redutor? f. Equacione as semi-reaes de oxidao e de reduo. g. Adicionar neste tubo algumas gotas de NH4SCN. Observar.3 h. Reao: Fe3+ + 6NH4SCN Fe(SCN)63- + 6NH4+ 5) Cu + H 2SO 4 a. Colocar 2ml de H2SO4 conc. (CUIDADO!) em um tubo de ensaio. b. Adicionar um pouco de cobre. Aquecer por alguns minutos. Observar a colorao da soluo. Colocar na boca do tubo, um pedao de papel tornassol azul, umedecido. Verifique o que ocorre. c. Reao: Cu + 2H2SO4 CuSO4 + 2H2O + SO2

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Esta uma reao de identificao do Fe3+ . 11

d. Qual o agente oxidante? E o redutor? e. Equacione as semi-reaes de oxidao e reduo. 6) K 2Cr 2O 7 + H 2SO 4 + CH 3CH 2OH a. Colocar 8ml da soluo de K2Cr2O7 em um bquer de 100ml. Adicionar 4ml de H2SO4 concentrado. Adicionar 4ml de CH3CH2OH. b. Fazer um aquecimento brando at que ocorra alguma modificao. Descreva-a. c. Sentir o odor dos vapores desprendidos (odor de etanal, CH3CHO). d. Reao: CH3CH2OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2 O O odor desprendido caracterstico de aldedos. A cor verde da soluo se deve formao do on Cr3+. e. Equacione as semi-reaes de oxidao e reduo. O que aconteceu no Experimento N 1 quando o zinco metlico foi mergulhado na soluo de nitrato de cobre? Voc deve ter observado que cobre metlico (Cu0) foi se depositando sobre o zinco. Como e porque voc acha que isto acontece? Represente em forma de uma equao qumica. Se deixssemos por bastante tempo o zinco mergulhado na soluo de cobre, verificaramos tambm que a soluo iria perder a sua cor azul (caracterstica das solues contendo ction cobre II) e que a placa de zinco sofreria desgaste, diminuindo de tamanho. O que voc acha que est acontecendo com o zinco? Represente em forma de uma equao qumica. Voc j sabe que estes dois fenmenos (as mudanas no Zn e no Cu2+) no ocorrem separadamente. Assim, represente o fenmeno global e identifique os processos que ocorrem, relacionando-os com as mudanas observadas nos sistemas.

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Atividades 1) O que voc espera que acontea quando se mergulha um prego numa soluo de cobre? Por qu?

2) O que voc espera que acontea quando se mergulha um fio de cobre numa soluo de Fe3+? Por qu? 3) Usando a fila de reatividade, complete abaixo as reaes que devem ocorrer. a.Fe2+ + Ni0 c.Cu2+ + Sn0 e.Cr0 + Fe3+ b.Na+ + Fe0 d.Cu2+ + Ag0

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2. O QUE UM CIRCUITO ELTRICO?Circuito eltrico o caminho seguido por uma corrente eltrica. Na Figura 1 temos um circuito fechado, ou seja, h passagem de corrente eltrica pelo circuito, e sabemos disso porque a lmpada est acesa.

Figur a 1: Passagem de corrente eltrica em um circuito fechado Podemos interromper a corrente do circuito abrindo o interruptor. Quando o circuito est interrompido em qualquer ponto, no h passagem de corrente eltrica e dizemos que o circuito est aberto. Como no h passagem de corrente eltrica, a lmpada fica apagada.

Figur a 2: No h passagem de corrente em um circuito aberto Em termos prticos, fechar o circuito significa "ligar", e abrir significa "desligar". Para isto que servem os interruptores colocados nas paredes das 14

casas, no corpo dos aparelhos eletrodomsticos (como o liquidificador, o ventilador, a televiso, o aspirador de p, o aparelho de som), ou ainda, em rdios e lanternas. 2.1. Como se d a conduo de cor r ente eltr ica? A conduo da corrente eltrica pode ocorrer de duas maneiras distintas: atravs dos eltrons (conduo observada nos metais) ou atravs dos ons (conduo eletroltica). Em ambos os casos, a corrente provocada por uma diferena de potencial (d.d.p.). Num metal, a conduo simples. O metal constitui um retculo cristalino, composto de ons, atravs do qual os eltrons mveis circulam, formando uma nuvem eletrnica que se move ao acaso, de maneira desordenada (voc deve ter estudado em ligaes metlicas). A d.d.p. que se estabelece entre dois pontos do metal orienta esse "caminhar", provocando um fluxo de eltrons por todo o metal. Esse fluxo ordenado a chamada corrente eltrica. Alm dos metais, pode haver corrente eltrica se tivermos ons que possam se movimentar. Os compostos inicos conduzem a corrente eltrica quando fundidos, pois nessa situao os ons tm a mobilidade necessria para se dirigirem aos plos para os quais so atrados (Figura 3). Possivelmente voc j observou no laboratrio da escola que a gua m condutora de corrente eltrica. Porm, ao dissolvermos nela certas substncias (cloreto de sdio, cido sulfrico, etc), temos uma soluo com eletrlitos. A presena destes ons permite que a soluo conduza a corrente eltrica. Existe um fluxo de ons positivos e um fluxo de ons negativos, dirigindo-se, respectivamente, para os plos negativo e positivo.

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Figur a 3: Conduo de corrente eltrica em agregados inicos

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3. PILHASQuando mergulhamos uma placa de zinco em uma soluo de cobre h transferncia de eltrons do zinco para o ction cobre. Mas como aproveitar esta transferncia de eltrons para gerar eletricidade? O problema que os eltrons so transferidos diretamente dos tomos de zinco para os ctions cobre. Para que houvesse aproveitamento de eletricidade, os eltrons liberados pelo zinco deveriam passar por um circuito externo (uma lmpada, por exemplo) antes de chegar ao ction cobre. Como poderamos solucionar este problema? Em 1836, Daniell construiu um dispositivo (mais tarde chamado pilha), que permitia aproveitar este fluxo de eltrons, interligando eletrodos que eram sistemas constitudos por um metal imerso em uma soluo de seus ons. Vejamos, por exemplo, como seria um eletrodo feito de zinco:

O eletrodo de zinco um sistema constitudo por uma placa de zinco metlico, mergulhada em uma soluo que contm ctions zinco (Zn2+), obtida pela dissoluo de um de seus sais, por exemplo, ZnSO4, em gua. Figur a 4: Eletrodo de zinco Nesse eletrodo ocorre o seguinte: o zinco metlico da placa doa 2 eltrons para o ction zinco da soluo e se transforma em Zn2+. Zn0 2e- + Zn2+ O ction zinco que estava em soluo recebe os 2 eltrons doados pelo zinco metlico e se transforma em zinco metlico. Zn2+ + 2e- Zn0

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Considere agora um eletrodo de cobre, anlogo ao de zinco, em que se estabelece o equilbrio ao lado.

F igur a 5: Eletrodo de cobre Agora temos o cobre metlico da placa doando 2 eltrons para o ction cobre da soluo e se transformando em Cu2+. Cu0 Cu2+ + 2eMas o ction cobre que estava em soluo, ao receber os 2 eltrons doados pelo cobre metlico, se transforma em cobre metlico. Cu2+ + 2e- Cu0 Daniell percebeu que, se fizesse uma interligao entre 2 eletrodos desse tipo, feitos de metais diferentes, o metal mais reativo iria transferir seus eltrons para o ction do metal menos reativo, em vez de transfer-los para os seus prprios ctions em soluo. Como voc observou no Experimento N 1, o zinco mais reativo que o cobre, ou seja, tende a doar seus eltrons ao ction cobre. Se fizermos uma interligao entre os eletrodos de zinco e de cobre, mergulhados em soluo de seus ons, atravs de um fio condutor, o zinco metlico ir transferir seus eltrons para o ction cobre. Desse modo se estabelece uma passagem de corrente eltrica pelo fio condutor, conforme ilustra a Figura 6. Ao fechar-se o circuito, haver passagem de eltrons do zinco para o cobre, sendo acusado no voltmetro uma diferena de potencial de 1,1 volt. A placa de zinco comea a se corroer, enquanto a placa de cobre aumenta de tamanho e a soluo azul de Cu2+ comea a diminuir a intensidade da cor. Por qu?. 18

Figur a 6: Passagem de corrente em solues inicas a. Na placa de zinco: Quando o circuito fechado, comea o processo de OXIDAO (perda de eltrons) dos tomos de zinco que constituem a placa. Cada tomo superficial de zinco perde 2 eltrons e se transforma em Zn2+ (veja as Figuras 07 e 08). Os eltrons sobem pela lmina e passam para lmina de cobre atravs do fio condutor. Os ctions zinco (Zn2+) formados se dissolvem aumentando a concentrao desses ons na soluo.

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Figur a 7: No h oxidao abaixo:

Figur a 8: H oxidao

Aps certo tempo de funcionamento, o eletrodo de zinco ter o aspecto

Figur a 9: Eletrodo de zinco, com o circuito j fechado b. Na placa de cobr e: No eletrodo de cobre ocorre o processo de reduo (ganho de eltrons). Na placa de cobre, imersa numa soluo de Cu2+, esto chegando os eltrons liberados na oxidao do zinco. O que acontece com estes eltrons? Quando estes eltrons chegam at a superfcie da lmina de cobre, cada ction Cu2+ que se aproxima dessa lmina recebe dois eltrons se transformando em cobre metlico: Cu2+ + 2e- Cu0 Em conseqncia, o cobre metlico (Cu0) que se forma, se deposita na lmina. Aps certo tempo de funcionamento, o eletrodo de cobre fica com o aspecto indicado na Figura 12. 20

Figur a 10: No h reduo

Figur a 11: H reduo

Figur a 12: Eletrodo de cobre, com o circuito j fechado c. Movimento dos ons na soluo: Recordemos que ao lado do zinco est uma soluo de ZnSO4(aq) e ao lado do cobre est uma soluo de CuSO4(aq). Inicialmente, na soluo de ZnSO4(aq) o nmero de ons Zn2+ igual ao nmero de ons O42-.

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Analogamente, no lado do cobre, a concentrao de Cu2+ igual concentrao de SO42-. Veja a Figura 13.

Figur a 13: Circuito fechado Vimos que, fechando o circuito, aps algum tempo, o eletrodo de zinco ir se dissolver provocando aumento da concentrao de Zn2+na soluo (concentrao de SO42-constante); por outro lado, no eletrodo de cobre haver deposio de cobre metlico diminuindo consideravel-mente a concentrao de Cu2+ na soluo (concentrao de SO42- constante).

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Figur a 14: Circuito fechado Vejamos agora a funo da PONTE SALINA: Ela constituda de um tubo em U, preenchido com algodo embebido em uma soluo qualquer. Ela tem a funo de permitir a migrao de ons de uma soluo para outra, de modo que o nmero de ons positivos e negativos na soluo de cada eletrodo permanea em equilbrio. Na pilha de zinco e cobre, onde se utiliza KCl na ponte salina, os ons Zn2+ e K+ tendem a migrar em direo ao eletrodo de cobre para neutralizar o excesso de cargas negativas (ons SO42-). Da mesma forma, os ons SO42- e Cl- tendem a migrar em direo ao eletrodo migrar em direo ao eletrodo de zinco para de ons Zn2+. Figur a 15: Ponte salina

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4. CONSTRUINDO UMA TABELA DE POTENCIAISPADRO DE REDUO 4 possvel que voc j tenha percebido que as reaes que ocorrem em pilhas envolvem a produo de corrente eltrica, cuja intensidade depender da diferena de potencial (d.d.p.) entre os eletrodos da pilha, isto , da facilidade com que o metal mais reativo doa seus eltrons para o ction do metal menos reativo. Para se ter uma referncia numrica dessa fora eletromotriz, podemos medir a diferena de potencial (d.d.p.) entre os eletrodos de uma pilha. Isto voc far na atividade a seguir.

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4Adaptado

de: TANIS, D.O. Galvanic Cells and the Standard Reduction Potential Table. Journal of Chemical Education. Easton, 67(7):602-603, 1990.

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EQUIPAMENTO: -1 bquer de 100ml - 5 micropipetas -1 rolha adaptvel ao bquer - 2 jacars metlicos - 5 pedaos de metais (Pb, Cu, Mg, Zn, Fe)5 - 1 multmetro - esponja de ao (Bombril) REAGENTES: - Cu(NO3)2 0,1M - Pb(NO3)2 0,1M - Fe(NO3)3 0,1M - Mg(NO3)2 0,1M - Zn(NO3)2 0,1M - Agar-agar6 - NH4NO3 ou KCl

Figur a 16: Montagem da experincia

Par te I PROCEDIMENTO: 1. Limpe as 5 micropipetas e o bquer com gua e sabo, enxaguando aps com gua. 2. Coloque as micropipetas no bquer, conforme a figura, fixando-as com uma rolha. 3. Adicione cuidadosamente a soluo quente de agar-agar ao bquer at uma altura tal que ultrapasse levemente o bico da pipeta. 4. Deixe gelificar em repouso absoluto. conveniente que isto seja feito no dia anterior experincia, ou pelo menos algumas horas antes.5

O Chumbo (Pb) pode ser encontrado no invlucro que protege a tampa de algumas garrafas de vinho. Cobre (Cu) - fios de cobre. Zinco (Zn) - invlucro externo de pilhas. Ferro (Fe) - pregos. 6 Adicionar 2g de agar-agar e 3g de NH NO (ou KCl) em 200ml de gua. 4 3 Ferver at dissolver completamente o agar-agar. 25

5. Limpe os eletrodos com bombril e lave-os com gua. 6. Aps a gelificao, encha aproximadamente 2/3 da pipeta com a soluo do on apropriado para cada metal. Identifique cada pipeta e coloque o eletrodo limpo na respectiva soluo. 7. Dobre a extremidade superior do eletrodo (conforme a ilustrao) para que ele no caia dentro da pipeta. 8. Conecte os eletrodos atravs do multmetro (posicionado em DCV). Quando estiver nesta posio, uma leitura positiva significar que os eltrons fluem para o medidor atravs do conector (-). Caso o medidor registrar uma voltagem negativa, inverta as conexes nos eletrodos de modo a obter um valor (+). Se voc estiver em dvida em saber quem o conector (+) ou (-), teste o multmetro numa pilha comum (nela esto indicados os plos) de forma que o potencial lido seja positivo. O fio que est conectado ao plo negativo da pilha o conector (-). Figur a 17: Montagem do multmetro 9. A observao da polaridade dos eletrodos nesta experincia to importante quanto a medida da voltagem. O sinal do eletrodo revela a direo da semi-reao. Quando o multmetro apresentar um valor (+), a semi-reao que ocorre no eletrodo conectado ao plo negativo est fornecendo eltrons. Isto significa que neste eletrodo dever ocorrer: Pb0 Pb2+ + 2eNote que os eltrons so produtos desta reao. Esta reao de oxidao, e o eletrodo denominado nodo. Por outro lado, se o eletrodo de chumbo estiver conectado ao plo (+) e a medida da d.d.p. for (+), ento a semi-reao no eletrodo de chumbo deve estar consumindo e-. Neste caso, qual deve ser o sentido da reao? Que tipo de reao essa? Este eletrodo denominamos de ctodo. 26

10. Faa as combinaes previstas abaixo, mea a d.d.p. das pilhas e responda as questes a seguir: a) Cu/Pb d.d.p.: (+) : (-) : c) Mg/Pb d.d.p. : (+) : (-) : b) Fe/Pb d.d.p.: (+) : (-) : d) Zn/Pb d.d.p. : (+) : (-) :

Em (+) ou (-) anote a semicela conectada a cada um dos respectivos terminais do multmetro. Par te II DESENVOLVIMENTO DA TABELA DE POTENCIAIS: Se reao Pb2+ + 2e- Pb0 for dado, arbitrariamente, o valor 0,00V, as d.d.p. medidas anteriormente podem ser usadas na construo de uma tabela de potenciais de reduo para os outros eletrodos utilizando a equao: ddp =Eoxi - Ered. Assim, utilizando os resultados da pilha Cu/Pb: verificou-se que o CU0 o polo (-) e o Pb0 o polo (+). Desta forma o Cu2+ sofreu reduo e o Pb0 se oxidou. Arbitrariamente considerando o potencial do Pb como 0,0V, tm-se: ddp =Eoxi Pb - Eoxi Cu. ddp = 0 - Eoxi Cu ou -ddp = Eoxi Cu o que significa tambm que a ddp medida ser igual ao potencial de reduo do Cu2+ ddp = Ered Cu Lembre-se que, se a reao mostrada nesta tabela ocorreu no sentido oposto durante a parte I, o sinal da voltagem deve ser invertido.

Semi-r eaes

Potencial-Padr o x Eletr odo Pb/Pb(II)

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Os potenciais assim determinados podem ser usados para prever a d.d.p. de pilhas. Baseando-se nos valores da tabela acima, anote as d.d.p. que voc espera para as pilhas abaixo: Cu/Mg : Fe/Mg : Zn/Cu : COMPARAO ENTRE OS MEDIDOS: Mea a d.d.p. das pilhas abaixo: Cu/Mg : Fe/Mg : Zn/Cu : Compare com os valores previstos. Descarte as solues usadas de acordo com o regulamento de segurana local. Limpe os eletrodos com gua destilada e guarde. Limpe as pipetas e o bquer submergindo-os em gua fervente e limpando com gua destilada. Quando conectamos ferro e zinco para formar uma pilha Fe/Zn, quem ganha eltrons? De onde vm estes eltrons? Qual o caminho que eles percorrem? (Sugesto: desenhe o fluxo de eltrons na pilha, indicando de onde eles partem e para onde vo.) Zn/Mg Fe/Zn : Fe/Cu : VALORES PREVISTOS E OS

Zn/Mg : Fe/Zn : Fe/Cu :

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TABELA 2: Tabela de potenciais padro de eletrodo (H2)E 0 ox (V)+3,045 +2,925 +2,924 +2,923 +2,900 +2,890 +2,760 +2,109 +2,375 +1,850 +1,660 +1,180 +0,763 +0,740 +0,508 +0,410 +0,409 +0,402 +0,280 +0,136 +0,126 +0,036 0,000 -0,150 -0,158 -0,340 -0,522 -0,535 -0,770 -0,798 -0,800 -0,830 -0,851 -1,065 -1,358 -1,510 -1,679 -1,820 -2,850 R E A O O X I D A O Li+ + e- Li Rb + + e- Rb K + + e- K Cs+ + e- Cs Ba +2 + 2e- Ba Sr +2 + 2e- Sr Ca +2 + 2e- Ca Na + + e- Na Mg+2 + 2e- Mg Be+2 + 2e- Be Al+3 + 3e- Al Mn +2 + 2e- Mn Zn +2 + 2e- Zn Cr +3 + 3e- Cr S + 2e- S-2 Cr +3 + e- Cr +2 Fe+2 + 2e- Fe Cd +2 + 2e- Cd Co+2 + 2e- Co Sn +2 + 2e- Sn Pb +2 + 2e- Pb Fe+3 + 3e- Fe 2H + + 2e- H 2 Sn +4 + 2e- Sn +2 Cu +2 + e- Cu + Cu +2 + 2e- Cu Cu + + e- Cu I 2 + 2e- 2 I Fe+3 + e- Fe+2 Hg2+2 + 2e- 2 Hg Ag+ + e- Ag Pd +2 + 2e- Pd Hg+2 + 2e- Hg Br 2 + 2e- 2 Br Cl2 + 2e- 2 ClMn +3 + e- Mn +2 Au + + e- Au Co+3 + e- Co+2 F 2 + 2e- 2 F

E 0 r ed (V)-3,045 -2,925 -2,924 -2,923 -2,900 -2,890 -2,760 -2,109 -2,375 -1,850 -1,660 -1,180 -0,763 -0,740 -0,508 -0,410 -0,409 -0,402 -0,280 -0,136 -0,126 0,036 0,000 +0,150 +0,158 +0,340 +0,522 +0,535 +0,770 +0,798 +0,800 +0,830 +0,851 +1,065 +1,358 +1,510 +1,679 +1,820 +2,850

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5. PILHAS SECAS: UMA ANLISE DE SUA COMPOSIO

I

Exper imento N 3: Abrindo uma pilha seca MATERIAL: - 1 pilha tamanho grande, usada7 - cido clordrico dil.(HCl aq.) - hidrxido de sdio dil.(NaOH aq.) - bquer - funil e papel filtro - basto de vidro - alicate (para abrir a pilha)

PROCEDIMENTO: 1. Com auxlio de um alicate ou canivete, abra a pilha ao longo da costura e desenrole a proteo de ao. Observe atentamente o "miolo" da pilha e descreva seu contedo. 2. Note que logo depois da capa de ao deve haver um invlucro. No caso de uma pilha usada possvel que esta parte tenha sido toda, ou em parte consumida, pela reao qumica. Lave com gua e guarde para posterior uso. 3. No centro da pilha voc agora encontrar um basto de carbono (carvo). Retire-o, lave-o e guarde-o para possvel uso posterior. 4. Feito isso, pegue agora o resto do contedo da pilha, uma mistura preta heterognea, e despeje num bquer. Essa mistura agora ser separada em seus componentes. 5. A massa preta no interior da pilha, como voc j sabe, uma mistura heterognea, embora s vezes parea homognea, constituda de dixido de mangans ou pirolusita (MnO2), cloreto de amnio (NH4Cl), cloreto de zinco (ZnCl2) e, caso a pilha for muito usada, Mn2O3. O MnO2 e o Mn2O3 so insolveis em gua, enquanto os outros dois so solveis. Este aspecto permitir um primeiro fracionamento.

7

A pilha usada no pode de forma alguma ser do tipo alcalina. Escolha uma de Zn/C ou Zn/C(cloreto de zinco). 30

6. Acrescente mistura aproximadamente 100ml de gua e agite bastante com basto de vidro, colher ou outro objeto. Deve-se ter certeza que todo o sal se dissolveu na gua. 7. Filtre em seguida e deixe o xido secar, guardando-o aps seco. 8. O filtrado dever conter NH4Cl e ZnCl2. Como estes dois sais so solveis, no possvel sua separao imediata. Deve-se realizar uma reao onde apenas os sais reajam de forma diferente para permitir a sua separao. Uma possibilidade reagir a mistura com NaOH. Escreva a reao qumica destes dois sais com NaOH e preveja o que vai acontecer, justificando a resposta. 9.Adicione ento, ao filtrado, algumas gotas de NaOH, at a completa precipitao. Anote os resultados observados. Como voc pode saber que a precipitao foi completa? 10. Filtre a mistura e deixe secar o precipitado. 11. Adicione ao filtrado mais NaOH e sinta o cheiro. Equacione e justifique esta reao. 12. Relacione suas previses com o que voc verificou na prtica. 13. Teste agora o invlucro posterior capa de ao da pilha, mesmo que esteja um pouco corroda. Adicione a um pedao deste metal, um pouco de HCl diludo. Anote suas observaes e equacione a reao, justificando a resposta: 14. Depois de finda esta reao, adicione NaOH at observar uma precipitao. Compare este precipitado com o obtido no item 9. Qual era o metal constituinte do material? 15. Faa um relatrio do experimento realizado, que dever conter: o esquema da pilha seca utilizada na sua experincia, com a identificao e funo de seus constituintes; uma descrio do seu funcionamento, com todas as reaes (se necessrio, consulte um livro de Qumica); uma descrio dos testes feitos com os materiais constituintes da pilha; as observaes realizadas, com as respectivas reaes qumicas e concluses. Como se est trabalhando com pilhas usadas, que esto em diferentes graus de uso e podero ser usadas diversas marcas, deve-se observar que os resultados a serem obtidos nem sempre coincidiro com o roteiro. Deve-se, para cada caso, examinar as diferenas e tentar entend-las.

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6. PILHAS E BATERIAS COMERCIAIS."Cada vez mais importantes em nossa vida, devido crescente miniaturizao dos circuitos eletrnicos, as pilhas e baterias secas existentes no Brasil apresentam uma j significativa variedade de fabricantes, tipos e modelos. E, mesmo assim, s nos lembramos delas quando um de nossos aparelhos eletrnicos deixa de funcionar, com as pilhas 'arriadas' ." F ONTE: Pilhas em destaque: Uma abordagem do mercado nacional. Nova Eletrnica, vol.6, n 64, jun. 1982.Analisando o experimento com a pilha seca, que semelhanas e diferenas encontramos entre estas e a pilha de Daniell? Levando em conta este como um dos principais aspectos de anlise, discute-se a seguir as principais pilhas existentes no mercado nacional. 6.1. Intr oduo As pilhas secas, bastante utilizadas em nossa sociedade, ainda passam por ilustres desconhecidas, mesmo nos meios tcnicos. Desde a construo da primeira pilha pelo fsico italiano Alessandro Volta, em 1800, discutimos, quando muito, o seu princpio bsico de operao. Atualmente os materiais empregados na confeco de pilhas so bastante diversificados, diferindo radicalmente de um tipo para outro, conforme a aplicao. J podemos ter ouvido falar em pilhas de zinco-carbono (usada no experimento Pilhas Secas), alcalinas, de mercrio, de nquel-cdmio e outras. Mas o que significam estas diferenas? A multiplicao e miniaturizao dos aparelhos eletrnicos, principalmente, tm obrigado o mercado a produzir um nmero cada vez maior de tipos de pilhas com aplicaes especficas e com o melhor rendimento possvel. 6.2. Pr incipais Pilhas Secas e Bater ias em Uso no Br asil No Brasil, h algumas dcadas, tnhamos apenas as pilhas comuns de zinco-carbono, que ainda so as mais baratas do mercado. Aps, surgiram as pilhas alcalinas, opo importante para certos casos especficos. Alm destas,

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geralmente as de zinco-carbono so subdivididas conforme a sua capacidade8 interna. Existem tambm as pilhas miniatura, muito utilizadas em relgios de pulso e minicalculadoras, das quais h uma variedade muito grande. As pilhas (tambm conhecidas por clulas) podem ser classificadas em dois grandes grupos:

Pilhas primrias ou descartveis; Pilhas secundrias ou recarregveis.

Essa classificao no absolutamente rgida, pois algumas pilhas primrias podem ser recarregadas parcialmente, mas sem vantagens econmicas. As pilhas secundrias podem ser recarregadas porque, em geral, so projetadas de tal forma que os produtos da reao REDOX no se misturam com o eletrlito. Desta forma, quando lhes fornecemos energia, estes produtos podem migrar mais facilmente em direo ao ctodo e ao nodo, regenerando os reagentes originais. A Tabela 3 fornece algumas informaes bsicas sobre 6 das principais pilhas e baterias secas fabricadas no mundo.

J

Atividades:

1. A partir da tabela 3, faa uma anlise comparando todos os tipos de pilhas, verificando suas semelhanas e diferenas, e qual o significado delas. 2. Verifique todas as pilhas que fornecem uma d.d.p. de 1,5 V. Em que diferem? Por que em alguns casos utilizamos um tipo, e em outros, no? 3. Qual a diferena fundamental entre as pilhas de Zn-C e as de Zn-C (cloreto de zinco)? 4. Por que em casa, em alguns casos, preferimos utilizar pilhas alcalinas e no comuns ?8Capacidade

- possibilidade de fornecimento de energia ao longo de um perodo33

de tempo.

5. Voc sabe quais e porque algumas pilhas so recarregveis e outras no. Caso no lembre, revise o assunto na pgina anterior. Como poderamos recarreg-las?

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TABELA 3-A - Caractersticas dos 6 tipos principais de pilhas secas TIPO (V) o negativo o positivo to cao o de r ecar gas er sticas ger ais ZINCO-CARBONO 1,5 zinco dixido de mangans NH4Cl aquoso primria baixo custo, maior variedade de tamanho e formatos rdios, flashes, brinquedos, instrumentos de laboratrio. ZINCO-CARBONO (CLORETO DE ZINCO) 1,5 zinco dixido de mangans ZnCl2 aquoso primria melhor que a de Zn-C em corentes elevadas e baixas temperaturas. gravadores, brinquedos, calculadoras, rdios-relgios. ALCALINA

es tpicas

1,5 zinco dixido de mangans KOH aquoso secundria 50 a 60 eficiente sob condies veras de operao co nua. rdios, calculadoras, r gios, cmeras, brinqued gravadores, relgios.

TABELA 3-B - Caractersticas dos 6 tipos principais de pilhas secas TIPO (V) o negativo o positivo to cao o de r ecar gas er sticas ger ais XIDO DE MERCRIO 1,3 zinco xido de mercrio NaOH ou KOH aquoso primria elevada capacidade em tamanho reduzido; curva de descarga plana. aparelhos auditivos, rdios, relgios de pulso, circuitos transistorizados XIDO DE PRATA 1,5 zinco xido de prata (I) NaOH ou KOH aquoso primria curva de descarga quase plana.

NQUEL-CDMIO

es tpicas

1,25 cdmio hidrxido de nquel (III KOH aquoso secundria 300 a 2000 vida til longa, pode armazenada em qualq condio de carga. aparelhos auditivos, pe- cmeras, barbeado quenos instrumentos e aparelhos portteis relgios de pulso. telecomunicao e flashes eletrnicos, pr tores de slides, calc doras Fonte: Nova Eletrnica. Ano VI. n64. Junho 1982.

1

6.3 Pilhas Pr imr ias a) Pilhas Tipo Leclanch As pilhas de Zinco-Carbono, tambm conhecidas como Leclanch, so as pilhas comuns, que utilizamos em nossas casas. Sua estrutura interna j conhecida a partir da experincia anterior.

Figur a 18: Esquema de uma pilha de Zinco-Carbono As reaes que ocorrem neste tipo de pilha so, simplificadamente: plo negativo (nodo): Zn Zn2+ + 2eplo

positivo (ctodo): 2MnO2 + 2NH4+ + 2e- Mn2O3 + H2O + 2NH3

J

Atividades: 1. Equacione a reao global que ocorre na pilha. 33

2. Quais substncias ou ons iro aumentar de quantidade no decorrer do funcionamento da pilha? Quais iro diminuir? Por qu? Apesar de serem chamadas de pilhas secas ("dry cell", em ingls), podemos constatar que este tipo de pilha pastoso no seu interior, por causa da soluo de cloreto de amnio misturada ao carbono granulado e ao xido de mangans em p. Quando o Zn dissolve-se no cloreto de amnio, ocorre a liberao de H+, que flui em direo ao eletrodo negativo (carbono). A esse fenmeno chamamos de polarizao da clula, que na maioria das vezes indesejvel, porque reduz a tenso de sada e, conseqentemente, o rendimento da pilha (porque o H+, reduzindo-se a H2, diminui o contato entre os plos, diminuindo o fluxo de eltrons). O MnO2, ctodo nesta pilha, tem tambm funo despolarizante por produzir oxignio que se combina com o hidrognio formando gua. 3. De qual substncia poderia originar o H+ formado na pilha? (examine as semi-reaes) 4. Que relao podemos fazer entre fatos e o vazamento das pilhas? Justifique a partir da equao de funcionamento de descarga da pilha. b) Pilhas De Zinco-Carbono (Cloreto de Zinco) Uma variao da pilha de zinco-carbono comum a de cloreto de zinco, que contm apenas esta substncia como eletrlito. Isto melhora substancialmente os processos eletroqumicos da pilha. Possui maior eficincia pois no ocorre a formao de hidrognio (evitando a polarizao), que um dos principais problemas nas pilhas comuns. Este tipo de pilha pode fornecer correntes superiores s de Zn-C, e por mais tempo. c) Pilhas de Zinco-Carbono e Fatores Que Influem em suas Durabilidades No costumamos definir a capacidade das pilhas de Zn-C e Zn-C(cloreto de zinco) com um valor fixo, pois elas operam em diferentes condies (rdios, relgios, gravadores, etc.), o que propicia diferentes eficincias. Assim sua capacidade varia conforme a drenagem9 de corrente, tipo de operao e tenso de

9

Drenagem - retirada de corrente de uma pilha ou bateria. 34

corte10; alm disso, afetada tambm pela temperatura de operao e pelas condies de armazenamento. Assim, se a corrente exigida s pilhas Zn-C e Zn-C(cloreto de zinco) for muito elevada para sua capacidade nominal - ou seja, se a pilha tem que oferecer sua energia muito rapidamente - os produtos das reaes qumicas no se difundem com rapidez suficiente. Como conseqncia, a corrente no consegue manter-se por muito tempo em seu ritmo original e a tenso de trabalho sofre quedas bruscas. Podemos aumentar em at trs vezes a vida til de uma pilha se reduzirmos pela metade a exigncia da corrente. A interao desses fatores pode ser melhor compreendida observando as curvas de descarga tpicas de uma pilha Zn-C, como na Figura 19. A curva (1), por exemplo, representa uma das mais severas exigncias de corrente em relao a dada capacidade de energia. Podemos notar o rpido declnio da tenso de sada. Neste caso a pilha esgota-se em poucas horas. As curvas (2), (3) e (4) representam correntes cada vez maiores. A curva (4) a mais prxima da curva ideal.As curvas de (5) a (7) evidenciam o efeito da deteriorao de repouso sobre o rendimento das pilhas. Por que a curva (4) a mais prxima da ideal?

10

Tenso de corte - tenso limite da vida til da pilha ou bateria. Tenso abaixo da qual o equipamento conectado bateria deixa de funcionar ou onde a operao no recomendada. 35

Figur a 19 Por ltimo, analisemos a tenso de corte das pilhas, que influi decisivamente em sua vida til. Esta, ao contrrio dos demais, no depende da pilha ou das condies de uso, mas sim do circuito ou aparelho que a pilha vai alimentar. responsabilidade dos fabricantes dos aparelhos a maior ou menor tenso de corte. Na prtica variam entre 0,65 e 1,1 V, dependendo da aplicao. Observando a Figura 20, podemos verificar a influncia da tenso de corte no rendimento da pilha.

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Fonte: Pilhas em destaque. Nova Eletrnica. V.6.n64

Figur a 20: Influncia da tenso de corte no rendimento da pilha

J

Atividades:

1) Que pilha ter maior vida til: a que tem uma tenso de corte de 1,1 V, ou a que tem uma tenso de corte 0,8 V (nas mesmas condies e exigncias)? Justifique sua resposta a partir do que foi visto anteriormente. 2) Para analisar melhor as informaes que colocamos at aqui, construa um grfico tenso x tempo de descarga com os dados fornecidos de uma determinada pilha comum em 3 situaes diferentes (Tabela 4). Em cada situao foi exigida uma corrente diferente. Tabela 4: Tempos de descarga de uma pilha comum TENSES (em volts) 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 Tempo de Descar ga (em minutos) Pilha 1 (5mA) 270 255 230 210 185 37 Pilha 2 (10mA) 117 110 98 88 74 Pilha 3 (20mA) 49 45 40 34 28

3) Qual a relao matemtica entre estas duas variveis (tempo e tenso)? 4) Se situarmos a tenso de corte em 0,9 V, em que casos teremos um rendimento maior? Por qu? 5) E se a tenso de corte for 1,2 V, qual ter melhor rendimento? O que se conclui comparando as questes 14 e 15? 6) Qual a relao existente entre a corrente exigida e o rendimento da pilha? Voc j reparou nas embalagens das pilhas que elas possuem prazo de validade? As pilhas quando so pouco utilizadas (ou mesmo no utilizadas), tambm se descarregam. o que chamamos de deteriorao do repouso ou autodescarga, existente em todas as pilhas, com maior ou menor intensidade, dependendo do tipo e das condies de armazenagem ( baixas temperaturas a armazenagem mais eficiente, pois isto reduz a velocidade das reaes qumicas de descarga). Essa deteriorao reduz gradativamente a energia disponvel da pilha. 7) O que dever ocorrer com as variveis citadas anteriormente (capacidade, tipo de operao, tenso de corte) se trabalharmos intermitentemente com a pilha? 8) Como devemos usar uma pilha para obter o seu melhor desempenho?

d) Pilhas Alcalinas O esquema geral de uma pilha alcalina praticamente o mesmo de uma pilha Zn-C. A diferena mais importante que o NH4Cl substitudo por KOH (por isso, o nome de alcalinas), que um eletrlito de grande condutividade (Veja Tabela 3). Estas demonstram excelentes resultados de rendimento em correntes elevadas e drenagem contnua, com visvel vantagem sobre as pilhas comuns. Aliados ao eletrlito temos o dixido de mangans de elevada densidade e a extensa rea de zinco do nodo, conferindo a essas pilhas uma alta capacidade de fornecimento de energia e uma baixa resistncia interna (ao diminuir as perdas internas, aumenta a ddp).

J

Atividades:

1) Que relao pode haver entre a rea do eletrodo de zinco e a capacidade da pilha? 38

2) Da mesma forma que as pilhas de Zn-C, as horas de servio fornecidas pelas alcalinas aumentam na medida em que a tenso de corte reduzida. No total, no entanto, uma pilha alcalina dispe de 50 a 100% mais de energia que uma pilha comum do mesmo tamanho. Por qu?

Figur a 21: Esquema de uma pilha alcalina Vimos tambm que correntes elevadas ou condies severas de utilizao impedem a retirada de toda a energia que uma pilha comum pode oferecer. Neste particular a principal vantagem das alcalinas reside em sua elevada eficincia, mesmo sob operaes contnua ou pesada, chegando a durar 7 vezes mais que suas equivalentes convencionais. O grfico da figura 22 apresenta o desempenho dos 2 tipos de pilhas vistos at agora, para uma drenagem contnua de 500mA, a 21oC. Figur a 22 3) As pilhas alcalinas so bem mais caras que as comuns, mas em compensao tem um rendimento maior. Para todas as situaes sempre mais vantajoso o seu uso? Por qu? 39

e) Pilhas Miniaturizadas As pilhas de xido de prata so uma das principais fontes de energia miniaturizadas existentes no mercado, largamente utilizadas em aparelhos auditivos ou calculadoras e relgios com "displays" (mostradores) de cristal lquido. So formadas basicamente por nodos de zinco com grande rea, ctodos que combinam xido de prata, dixido de mangans e hidrxido de potssio (para aparelhos auditivos) ou hidrxido de sdio (para relgios), como eletrlito (Veja Tabela 3).

Figur a 23: Esquema de uma pilha de xido de prata A produo de energia das pilhas de xido de prata baseia-se na reao: Zn + Ag2O ZnO + 2Ag

J

Atividades: 1) Equacione as semi-reaes deste processo.

As pilhas de Ag2O tipo boto so aplicadas em relgios e calculadoras, preparadas para pequenos consumos contnuos durante longos perodos de tempo, ou para baixas drenagens com demandas ocasionais de impulsos elevados de corrente; e para aparelhos auditivos, que devem fornecer uma maior densidade de energia, com maiores taxas de descarga contnua. 40

As pilhas de xido de mercrio, juntamente com as de xido de prata, so uma excelente fonte miniaturizada. As pilhas de xido de prata fornecem 1,5V e as de mercrio 1,3V. A curva de descarga das de Ag2O apresenta melhores caractersticas que as de xido de mercrio, sendo praticamente plana durante toda a sua vida til ( Figura 25). 2) Justifique esta diferena de ddp. H tambm as pilhas hbridas, que combinam xido de prata e dixido de mangans, e as pilhas de mangans puro. Esses dois tipos representam uma opo bem mais barata, mas tambm menos eficiente que as pilhas de prata e mercrio; suas curvas de descarga no so planas, e seu tempo de vida mais reduzido. A escolha, no caso, vai recair sobre o tipo de aplicao e o fator custo/durao.

Figur a 24: Esquema de uma pilha de xido de mercrio

41

Figur a 25: Curvas de descarga f) Pilhas de Ltio As pilhas de ltio, entre as pilhas miniatura, constituim-se as mais recentes competidoras com as de xido de prata e mercrio, na rea de relgios e calculadoras. Elas utilizam eletrlitos no-aquosos e nodos de ltio, e o ctodo pode conter sulfeto de ferro (nas de 1,5V) ou dixido de mangans (nas de 3,0V). Os modelos de sulfeto de ferro so utilizados em relgios comuns de cristal lquido, atingindo uma vida til de 3 a 5 anos. J as de dixido de mangans so usadas em calculadoras. Ambas apresentam uma grande resistncia a vazamentos de eletrlito (a blindagem deve ser muito boa para evitar contato com a gua, devido alta reatividade do ltio) e uma excelente reteno de carga quando em repouso. Podem ser encontradas tambm sob a forma cilndrica, apresentando o mesmo desempenho. importante saber que existem muitos tipos de pilhas de ltio, com diferentes caractersticas. Vamos analisar alguns: -Ltio-dixido de mangans (Li-MnO2): tipo universal para correntes reduzidas, ctodo slido com d.d.p. de 3V. -Ltio-monofluoreto de carbono (Li-(CF)n): tipo universal para correntes pequenas e mdias, at 150mA, ctodo slido com d.d.p. de 3V;

42

-Ltio-xido de cobre (Li-CuO): tipo universal para correntes de at 1A, ctodo slido com d.d.p. de 1,5V; -Ltio-oxifosfato de cobre (Li-Cu4O(PO4)2): verso das Li-CuO, com caractersticas semelhantes; -Ltio-cloreto de tionila (Li-SOCl2): tipo universal para correntes at 2A, ctodo lquido com d.d.p. de 3,5V.

Figur a 26: Esquema de uma pilha de ltio

Figur a 27: Corte lateral

Algumas pilhas de ltio tm aplicaes especficas em equipamentos de medio, telecomunicao, reserva de energia para memrias, e outros usos mais especficos. As pilhas de Li ainda tem utilizao restrita, devido a riscos decorrentes de seu uso. Por isso, devemos tomar algumas precaues no momento de utilizlas. Quando ocorre um curto-circuito, h uma elevao muito grande da temperatura (acima de 100oC). Nestas condies, a pilha ir sofrer aumento da presso interna, provocando a abertura da vlvula de segurana e liberando vrios gases txicos no ambiente. As baterias costumam ser protegidas contra curtos por um fusvel ou uma resistncia em srie. A soldagem direta dos terminais, em pilhas de Ltio inadmissvel, pois se cair solda lquida em cima de uma pilha destas, pode ocorrer uma exploso. Muitos modelos, porm, prevem extenses de soldagem; contudo, no devem ser submetidos ao calor do soldador por mais de 10 segundos. 43

Uma grande vantagem destas pilhas sua baixssima taxa de autodescarga, que permite adotar correntes de carga e descarga reduzidas (da ordem de alguns microampres), permitindo carregar essas pilhas e baterias a partir de clulas solares.

Figur a 28: Densidade de energia Observando a Figura 28, o que podemos dizer quanto durao das pilhas de Li frente s demais? 6.4 Pilhas Secundr ias a) Pilhas de Nquel-Cdmio As pilhas de nquel-cdmio (Ni-Cd) esto entre as mais eficientes j desenvolvidas at hoje. Podem ser recarregadas e apresentam uma tenso relativamente constante durante a descarga. Estas so bem mais caras que as alcalinas e as comuns, mas so bem mais vantajosas em termos de custo por horas de uso. Alm disso, trabalham bem 44

em altas e baixas temperaturas, e podem permanecer em repouso durante meses, com ou sem carga. As clulas de Ni-Cd so utilizadas at hoje em sua forma tradicional de baterias de grande porte, competindo com as de chumbo cidas (que veremos posteriormente). Os avanos tecnolgicos, porm, permitiram que fossem construdas pequenas pilhas e baterias de Ni-Cd, que dispensam qualquer manuteno. Quando descarregadas11, as pilhas de Ni-Cd possuem hidrxido de niquel (II) em seu nodo e hidrxido de cdmio em seu ctodo; por outro lado, quando carregada, o nodo torna-se hidrxido de nquel (III) e o ctodo, cdmio metlico: Cd + 2Ni(OH)3 CdO + Ni(OH)2 + H2O ou, simplificadamente: Cd + 2Ni3+ Cd2+ + 2Ni2+

J

Atividades:

1) Escreva as semi-reaes de oxidao e reduo destas pilhas para carga e descarga. Quando necessitamos de tenses mais elevadas, podemos lanar mo da utilizao de baterias12. 2) Se utilizamos clulas de 0,5V para formar uma bateria de 12V, quantas devero ser colocadas em srie? 3) Se quisermos aumentar a corrente que pode ser fornecida a um sistema, podemos fazer ligaes de clulas em paralelo? Por qu?

11Carga

o sentido no espontneo da reao (eletrlise) e descarga o sentido espontneo da reao. 12Baterias so pilhas montadas em srie. 45

Fonte: Elektor.V.3.n24.p.20. 1988

Figur a 29: Curvas de descarga de diversas pilhas b) Baterias Chumbo-cido Onde so necessrios grandes valores de corrente, as baterias chumbocidas so bastante utilizadas. Para a partida de um automvel, por exemplo, so necessrios 200mA.

Figur a 30: Esquema de uma bateria chumbo-cido 46

Sendo secundrias, as baterias de chumbo-cido podem ser carregadas repetidas vezes. Os eletrodos consistem de placas de chumbo imersas em soluo de cido sulfrico. O eletrodo positivo composto de dixido de chumbo. A equao qumica que representa o processo de uma bateria chumbocida a seguinte: Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O

J

Atividades:

1) Em qual sentido da equao a reao de carga? E de descarga? Por que? Justifique a partir do clculo da ddp nos dois sentidos. Dica: Reveja espontaneidade das reaes redox e considere os potenciais a seguir: PbSO4 + H+ + 2e- Pb + HSO4- Eox=0,30V PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e- PbSO4 + 2 H2O Eox = - 1,63V 2) Quais so as semi-reaes de reduo que ocorrem na carga e descarga de uma bateria de chumbo-cido? Apesar de suas vantagens, as baterias chumbo-cido com eletrlito lquido tm seu uso restrito exclusivamente a aplicaes automotivas e industriais, pelo fato de seu eletrlito necessitar transporte, manipulao, armazenagem e manuteno especiais. Muitas destas baterias ainda contm componentes de PbSb, que causam grandes formaes de gases durante a carga e uma rpida descarga durante o armazenamento. Por outro lado, a bateria chumbo-cido fornece a maior tenso por elemento que qualquer outra bateria secundria, produzindo energia a um custo menor, podendo resistir a cargas e descargas rigorosas, e pode formar sistemas de grande capacidade.

6.5. Outr as Bater ias H baterias formadas a partir de pilhas j discutidas antes, por exemplo, a bateria de 9V, que utilizada em alguns aparelhos comuns (radio-relgios),

47

formada por pilhas do tipo Zn-C, ligadas em srie (se tiver oportunidade, abra uma bateria de 9V). H tambm muitas baterias de Ni-Cd, que so empregadas em equipamentos portteis de teste e aparelhos comerciais, industriais, aeroespaciais e de aviao.

J

Atividades de Reviso:

1) Que vantagens h em utilizarmos as "pilhas secas" (Zn-C, alcalinas, etc) e no a de Daniell? 2) Com os dados da tabela 1 e com os potenciais do Zn e Cd (tabela de potenciais), calcule os potenciais do eletrodo positivo das 6 pilhas. 3) Faa observao de pilhas pequenas, mdias e grandes. Existe diferena entre os valores da d.d.p. fornecida? 4) A Tabela 5 apresenta um comparativo de durao entre pilhas de diferentes tamanhos em determinada situao: funcionamento contnuo com uma drenagem de 10mA e tenso de corte de 1,0V. Tabela 5: Tempo de durao mdia de diferentes tipos de pilha Tipo de Pilha pilha pequena prateada1 pilha pequena vermelha2 pilha mdia prateada pilha grande prateada Tempo de Dur ao (min) 66 98 220 600

Fonte: Pilhas em Destaque. Nova Eletrnica. v.6,n.65, 1982. 1pilha eveready prateada: comum (Leclanch). 2pilha eveready vermelha: segundo o fabricante, produzida com Mn mais puro e em maior quantidade.

Considerando esta tabela, responda: a) que fatores influem para que uma pilha pequena dure mais? 48

b) que fatores influem para que pilhas maiores durem mais? 5) Compare as vantagens e desvantagens entre as "pilhas secas" e a bateria chumbo-cido. 6) Considerando que as pilhas de mercrio-zinco funcionam segundo a reao seguinte: HgO + Zn ZnO + Hg a) Escreva as semi-reaes de oxidao e de reduo. b) Identifique a espcie qumica que est se oxidando e a que est se reduzindo. c) Considerando a reao dada, porque no devemos abrir uma pilha mercrio-zinco? 7) Quando damos partida no automvel, as semi-reaes que ocorrem na bateria so as seguintes, conforme j foi visto:

No nodo (plo negativo): Pb + SO42- PbSO4 + 2ectodo (plo positivo): PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e PbSO4 + 2H2O

No

a) D a equao global desta reao. b) Que substncias esto se formando na descarga da bateria? c) Que substncias so formadas quando a bateria recarregada? Escreva a reao de recarga. 8) Uma pilha de lanterna consta essencialmente de um cilindro de zinco com uma haste de grafite no centro. Entre eles existe uma pasta de dixido de mangans em meio amoniacal. O zinco oxidado a Zn+2 e sobre a superfcie de grafite h a reduo de MnO2 a Mn2O3. Considerando que o potencial da pilha de 1,5V e que o potencial de oxidao do Zn/Zn+2 de +0,76V, qual o potencial de oxidao para o Mn+2/Mn+3 ?

49

9) Evite comprar conserva cuja lata esteja amassada, porque a lata de folha-de-flandres ( uma liga Fe-C ) tem uma proteo de estanho que se pode romper quando ela sofre um impacto. Neste caso formar-se- uma pilha e haver contaminao da conserva. So dados os valores dos potenciais : Fe+3 + 3e- Fe E= -0,036V +2 + 2e- Sn Sn E= -0,136V a) Escreva a equao de funcionamento desta pilha. b) Diga, apresentando justificativa, se a afirmativa abaixo est certa ou errada :

"So os ons Sn+ 2 que contaminam a conserva na situao descrita no texto acima."10) Ferro zincado ferro que contm pequena quantidade de zinco metlico. A partir dos potenciais padro de reduo explique os fatos abaixo, observados no cotidiano: Ered Fe+2/Fe = -0,44V Ered Zn+2/Zn = -0,76V Ered Al+3/Al = -1,66V a) rebites de ferro em esquadrias de alumnio causam a corroso do alumnio. b) pregos de ferro zincado so resistentes ferrugem. 11) As manchas escuras que aparecem na superfcie de objetos de prata resultam, em geral, da formao de sulfto de prata. Colocando-se estes objetos numa panela de alumnio contendo soluo diluda de NaOH, de modo que os objetos fiquem totalmente imersos e em contato com o fundo da panela, forma-se uma clula eletroqumica (pilha) em que o on Ag+ se reduz a Ag. A superfcie do objeto fica ento limpa, sem que nenhuma quantidade de prata seja removida, como ocorre quando se usam lquidos e panos de limpeza. Este processo de limpeza pode ser representado pela seguinte equao qumica : 3 Ag2S + 2 Al + 2 NaOH + 2 H2O 6 Ag + 3 H2S + 2 NaAlO2 a) Escreva as semi-reaes de oxidao e reduo desta pilha. b) Calcule a ddp deste processo espontneo. 50

7. CORROSOPor Alexandre Rodigues SoaresA atual tecnologia fortemente dependente da utilizao de materiais metlicos, aproveitando as excelentes propriedades fsicas e qumicas dos metais. Por outro lado, quase todas as ligas metlicas se deterioram pelo ataque que sofrem do meio ambiente onde so utilizadas. Os problemas de corroso so freqentes e ocorrem nas mais variadas atividades (indstria qumica, automotiva, naval, de construo civil, etc). A corroso preocupa o mundo, que gasta bilhes de dlares ao ano para repor as perdas por ela causada. O experimento a seguir tem por objetivo ilustrar ou desenvolver alguns conceitos bsicos de corroso: 1) Efeito do sal na velocidade de corroso; 2) Uso de metais de sacrifcio; 3) Influncia de um pequeno nodo frente a uma grande superfcie de ctodo nas edificaes e equipamentos.

I

Exper imento

Material: - 4 latas (leite em p, creme de leite, etc.); - zinco metlico (5g por conjunto de latas); - soluo aquosa de cloreto de sdio (NaCl) a 3,5% (p/v). Procedimento: Use 4 latas semelhantes e limpas. Enumere-as de 1 a 4. Faa um risco no fundo das latas 2,3 e 4 (utilize um objeto pontiagudo, como um prego, saca-rolhas, etc). Arranhe duas ou trs vezes para garantir que a camada de estanho seja removida. Prepare a soluo aquosa de cloreto de sdio. 800ml so suficientes para um conjunto de latas de nescau (latas pequenas de 200g). As latas devero ser usadas como indicado a seguir: 1) lata sem arranho, com gua at 2 ou 3 cm da boca. 51

2) lata com arranho, com gua at 2 ou 3 cm da boca. 3) lata com arranho, com gua salgada (soluo aquosa de NaCl a 3,5%). 4) lata com arranho, com gua salgada e zinco. O zinco deve ser colocado no fundo da lata n4, prximo ao arranho, formando um pequeno monte. Faa as observaes de 24 em 24 horas e anote-as numa tabela como a seguir (copie-a em tamanho adequado para fazer as anotaes): TEMPO n1 n2 n3 n4

J

Atividades:

1) Quais latas sofreram corroso? (colocar em ordem crescente de corroso) 2) Quais fatores que provocaram maior corroso numa lata do que em outra? 3) As latas utilizadas pela indstria de alimentos so revestidas por uma fina camada de estanho. Consulte uma tabela de potenciais de reduo ou de reatividade de metais, e justifique este procedimento. 4) Por que o arranho favoreceu o desenvolvimento da corroso na lata n2? 5) Por que a presena de cloreto de sdio (NaCl) aumentou a corroso na lata n3? 6) Procure justificar o que ocorreu na lata n4. 7.1 Desenvolvimento de Contedos 52

As latas do experimento so feitas em ferro revestido de estanho. Sabendo disto, os alunos so questionados: Por que se utiliza estanho no revestimento de latas? Baseando-se na escala de reatividade de metais ou em uma tabela de potenciais de reduo, v-se que o estanho mais nobre do que o ferro, protegendo-o da corroso. A diferena entre a lata n1 e 2 a presena de um arranho. Comparando uma lata com a outra, pergunta-se porque favoreceu o desenvolvimento da corroso.

Figur a 31: Mecanismo da corroso por absoro de oxignio Trabalhando com a Figura 31, mostra-se a formao do par galvnico (uma pilha) e as reaes desenvolvidas. Esta etapa muito importante na compreenso do experimento da corroso. A lata n3 aquela que sofre maior corroso. Por qu? Alm da presena do arranho (formao de par galvnico, figura 31), h soluo de cloreto de sdio (compare com a lata n2). A soluo deste sal constitui um meio bem mais corrosivo do que a gua (lata n1 e 2). necessrio explicar por que mais corrosivo (ver fundamentao terica). Por que na lata n4 no h corroso do ferro?

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Se as explicaes colocadas at aqui foram compreendidas, esta etapa uma conseqncia das anteriores. Nesta lata temos o zinco, que um metal menos nobre do que o ferro e o estanho. Novamente, trabalha-se com a fila de reatividade dos metais ou com a tabela de potenciais de reduo para justificar que o zinco tem maior tendncia a ser oxidado em lugar dos outros dois metais. Ento quem se corri nesta lata o zinco, formando Zn(OH)2, um composto de cor branca. 7.2 Fundamentao Ter ica A fundamentao terica que apresentaremos aqui tem por objetivo aprofundar o nvel de conhecimento na rea de eletroqumica, que permitiro uma compreenso mais ampla dos fenmenos estudados. Corroso pode ser definida como deteriorao de um material, geralmente metlico, por ao qumica ou eletroqumica, provocada pelo meio ambiente. O ferro, por exemplo, atacado por gua e gs oxignio do ar formando ferrugem. Alguns autores consideram a deteriorao de materiais no-metlicos (concreto, borracha, madeira, etc), devida a ao do meio ambiente, como corroso. Neste trabalho, estamos preocupados especificamente com a corroso metlica e alguns conceitos bsicos de corroso: 1) O efeito de sal na velocidade de corroso; 2) Uso de nodo de sacrifcio; 3) Por que importante impedir a presena de uma pequena rea andica (um risco) frente a uma grande rea catdica na fabricao de equipamentos e materiais metlicos. Tomemos o ferro metlico mergulhado em gua ou em uma soluo aerada como exemplo para explicar alguns pontos sobre corroso. Este elemento qumico tender a passar para a soluo segundo a reao andica: Fe0 Fe2+ + 2eEnquanto que no ctodo a reao ser: 1/2O2 + H2O + 2e- 2OH154 E = -0,401V (2) E = +0,440V (1)

Somando as duas equaes temos: Fe0 + H2O + 1/2O2 Fe(OH)2 O hidrxido ferroso ainda pode ser oxidado a hidrxido frrico: 2Fe(OH)2 + H2O +1/2O2 2Fe(OH)3 (4) (3)

O hidrxido frrico um precipitado de cor entre amarelo alaranjado e o castanho avermelhado, mais conhecido por "ferrugem". A frmula mais apropriada para a ferrugem Fe2O3.nH2O, onde "n" varia de 1 a 3. Para evitar que o ferro se corroa, existem vrias alternativas. No caso das latas de alimentos, ele revestido por uma camada de estanho, que um metal mais nobre. No uma liga de ferro e estanho, apenas um revestimento. O estanho possui uma velocidade de corroso limitada formando uma camada que isola o ferro do meio corrosivo (gua, soluo salina). Se a camada superficial for perfurada (riscada), o estanho passa a atuar como ctodo. O ferro exposto possui um potencial de eletrodo superior ao do estanho, atuando como nodo. Fe0 Fe2+ + 2eSn0 Sn2+ + 2e A reao global : Fe0 + Sn2+ Fe2+ + Sno E = +0,304V (7) E = +0,440V E = +0,136V (5) (6)

Este par galvnico formado produzir a corroso do ferro. Como uma pequena rea de nodo (o arranho) deve fornecer eltrons para uma grande superfcie de ctodo (o restante da lata), tem-se uma corroso localizada muito rpida. Pelas equaes (3) e (4), vemos que necessria a presena de gua e gs oxignio para a formao da ferrugem. No experimento com as latas, ocorre que o oxignio dissolvido na gua est em contato com a rea catdica (estanho), onde 55

recebe eltrons segundo a equao (2). Este processo esquematizado na Figura 31. Como o estanho possui potencial de reduo maior do que o ferro, este ceder seus eltrons ao estanho passando soluo como ction Fe3+. O Fe0 sofrer as reaes (3) e (4), formando a ferrugem. Em resumo, o risco no fundo da lata faz com que se tenha um par galvnico (estanho e ferro) que desencadeia a corroso do metal menos nobre (ferro). A lata n1 no possua risco, mas pode formar ferrugem tambm - apesar de levar mais tempo do que as latas n2 e 3. Este tipo de lata, revestida de estanho, no possui uma cobertura perfeita. Podem ocorrer pontos em que o ferro esteja exposto, formando ento o par galvnico com o estanho. Tambm podem ocorrer reas tensionadas: uma rea amassada na lata possui um nvel de energia maior que uma no-amassada, esta rea tensionada dever se comportar como nodo (sendo corroda, portanto). Outros fatores podem aumentar a velocidade de corroso de um material. Por exemplo, por que carros em cidades do litoral corroem-se mais rapidamente do que os carros afastados do litoral? A gua do mar possui concentrao relativamente alta de sais (funciona como eletrlito forte), entre eles destaca-se o NaCl, provocando um rpido processo corrosivo. O produto de corroso do ferro conter tambm cloreto de ferro III, que se hidrolisa formando cido clordrico: 2FeCl3 + 3H2O Fe2O3 + 6HCl (8)

O cido reage com o metal presente nas paredes da lata, acelerando o processo de corroso. Por isso, a lata n3 sofreu corroso maior. A corroso de um metal pode ser evitada colocando-o em contato com um "nodo de sacrifcio", ou seja, um metal menos nobre que ser atacado em lugar do outro. o que aconteceu na lata n4, onde o "metal de sacrifcio" o zinco, pois possui um potencial de oxidao maior do que o ferro e o estanho. Zn0 Zn2+ +2eE = +0,760V (9)

Na lata n4 h corroso do zinco, mas no h formao de ferrugem (corroso do ferro).

56

nodos de sacrifcio so muito utilizados no dia-a-dia; por exemplo, para proteger cascos de navios, tubulaes subterrneas, tanques de gua ou combustveis, utiliza-se placas de zinco ou magnsio.

J

Atividades13:

1) Na capital da Brasilndia, resolveu-se homenagear um famoso poeta com uma esttua. Ao p deste monumento, colocou-se uma placa de cobre que foi fixada com 4 parafusos feitos de ferro. Alguns meses depois, a placa havia cado com os parafusos corrodos. Explique porque isto aconteceu e como poderia ter sido evitado. 2) Para armazenar uma soluo aquosa de Pb(NO3), dispe-se de 4 reservatrios construdos de: a. ferro b. cobre c. cromo d. nquel Qual ou quais destes reservatrios voc utilizaria para conter a soluo sem que ocorra a contaminao da soluo por ctions do metal do recipiente? 3) Uma empresa instalou uma tubulao subterrnea feita de ferro. Ligou-se tubulao uma placa de um metal conforme a figura ao lado. Qual dos seguintes metais voc utilizaria para evitar a formao de ferrugem? a. cobre b. zinco c. prata d. estanho e. nquel

13Os

Exerccios 1 a 4 devem ser resolvidos utilizando uma Tabela de Potenciais de Reduo ou a Srie de Reatividade dos Metais. 57

4) Numa casa a instalao hidrulica foi feita com tubos de cobre e torneiras de ferro. Um instalador mais experiente, ao examinar o trabalho do colega, disse que haveria problemas de corroso. Qual foi o erro cometido na instalao e como deveria ter sido feita? 5) As manchas escuras que aparecem na superfcie de objetos de prata resultam, em geral, da formao de sulfeto de prata. Colocando-se estes objetos numa panela de alumnio contendo soluo diluida de NaOH, de modo que os objetos fiquem totalmente imersos e em contato com o fundo da panela forma-se uma clula eletroqumica em que o on Ag+ se reduz para Ago. A superfcie do objeto fica ento limpa sem que nenhuma quantidade de prata seja removida. Este processo pode ser representado pela equao : Ag2S + Al + NaOH + H2O Ag + H2S + NaAlO2 a) Identifique o Nox dos elementos antes e depois e os agentes oxidante e redutor. b) Acerte os coeficientes desta equao pelo mtodo redox. 6) Evite comprar conserva cuja lata esteja amassada, porque a lata de folha de flandres (uma liga Fe-C) tem uma proteo de estanho que se pode romper quando a lata sofre um impacto. Neste caso formar-se- uma pilha e haver contaminao da conserva. So dados os valores dos potenciais padro : Fe+3 + 3e- Feo Eo = - 0,036 V Sn+2 + 2e- Sno Eo = - 0,136V a) Escreva a reao de funcionamento da pilha, inclusive as semi-reaes em cada eletrodo. b) Diga, apresentando justificativa, se a afirmativa abaixo estiver certa ou errada: So os ons Sn+2 que contaminam a conserva na situao descrita no texto . 7) Ferro zincado ferro que contm pequena quantidade de zinco metlico. A partir dos potenciais padro, explique os fatos abaixo, verificados no cotidiano: 58

a) rebites de ferro em esquadrias de alumnio causam corroso do aluminio. b) pregos de ferro zincado so resistentes ferrugem. Fe+2 Feo Eo = - 0,44 V Zn+2 Zno Eo = - 0,76 V Al+3 Alo Eo = - 1,66 V

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8. BIBLIOGRAFIA1. FURTADO, P. Introduo corroso e proteo das superfcies metlicas. Belo Horizonte: Imp. Univ. da UFMG, 1981. 357pg. 2. GENTIL, V. Corroso. 2aEd. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1982 453pg. 3. MELOAN, C.E. An Experiment to Ilustrate the Effects of Salt and Zinc on the Rate of Corrosion. Journal of Chemical Education. Easton, 63(5): 456,1986. 4. VAN VLACK, L.H. Princpios da cincia dos materiais. So Paulo: Edgard Blcher, 1970. 427pg. 5. NOVA ELETRNICA. Pilhas em destaque. Vol. 6 no 64, junho 1992. 6. NOVA ELETRNICA. Pilhas em destaque. Vol. 6 no 65, julho 1992. 7. NOVA ELETRNICA. Tecnologia das baterias. 8. ELEKTOR PUBLITRON. Como lidar com suas pilhas Ni-Cd. Publicaes Tcnicas, vol. 3 no 24, julho 1988. 9. TANIS, D. O. Galvanic Cells and the Standard Reduction Potential Table. Easton: Journal of Chemical Education: 67(7): 602-603, 1990. 10. FELTRE, Ricardo. Qumica Vol 2. So Paulo. Moderna, 1988.

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SUMRIO

1. AS REAES REDOX 2. O QUE UM CIRCUITO ELTRICO? 2.1. Como se d a conduo de cor r ente eltr ica? 3. PILHAS 4. CONSTRUINDO UMA TABELA DE POTENCIAIS-PADRO DE REDUO 5. PILHAS SECAS: UMA ANLISE DE SUA COMPOSIO 6. PILHAS E BATERIAS COMERCIAIS. 6.1. Intr oduo 6.2. Pr incipais Pilhas Secas e Bater ias em Uso no Br asil 6.4 Pilhas Secundr ias 6.5. Outr as Bater ias 7. CORROSO 7.1 Desenvolvimento de Contedos 7.2 Fundamentao Ter ica 8. BIBLIOGRAFIA 3

5 15 16 18

25 31 33 33 33 44 47 51 53 54 60

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