UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE DO ESPIRÍTO SANTO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS NATURAIS

ENGENHARIA QUÍMICA

CAMILA CAROLYNE DE OLIVEIRA SANTOS

FREDERICO KROHLING MAYER

JULIO PANSIERE ZAVARISE

LARISSA BASTOS DE PAULA BOMFIM

EXPERIMENTO 10-ELETROQUÍMICA : PILHA EM SÉRIE DE FORMA DE

GELO

SÃO MATEUS-2015

PILHA EM SÉRIE DE FORMA DE GELO

A pilha proposta neste experimento deve ser montada de acordo com o

esquema mostrado na figura 1 . Os materiais ultizados são de fácil acesso e de

baixo custo sendo utilizados na montagem da pilha : uma forma de gelo de

plástico com 14 nichos , 13 parafusos galvanizados , 1,2 m de fio de cobre , sal

de cozinha (NaCl) e água destilada .

Figura 1: Modelo esquemático do experimento.

a) A pilha proposta por seu grupo é uma pilha primária ou secundária?

Primária. Ao contrário da pilha secundária, a pilha proposta nesse experimento

possui carga que se esgota, isto é, os íons de zinco presentes no parafuso são

liberados até serem totalmente consumidos, então, para que a carga seja

renovada seria necessário repô-los. Já a pilha secundária é recarregável,

sendo possível reverter a reação que ocorre utilizando uma corrente elétrica

contínua em sentido inverso àquele em que a corrente da pilha flui

normalmente.

b) Segundo a Resolução Conama nº 257, há alguma restrição quanto à

disposição dos resíduos produzidos pela pilha proposta por seu grupo?

Não, pois de acordo com a Resolução Conama n° 257, Art 1°: As pilhas e

baterias que contenham em suas composições chumbo, cádmio, mercúrio e

seus compostos, necessárias ao funcionamento de quaisquer tipos de

aparelhos, veículos ou sistemas, móveis ou fixos, bem como os produtos

eletro-eletrônicos que as contenham integradas em sua estrutura de forma não

substituível, após seu esgotamento energético, serão entregues pelos usuários

aos estabelecimentos que as comercializam ou à rede de assistência técnica

autorizada pelas respectivas indústrias, para repasse aos fabricantes

ou importadores, para que estes adotem, diretamente ou por meio de terceiros,

os procedimentos de reutilização, reciclagem, tratamento ou disposição final

ambientalmente adequada. Sendo assim, pelo fato de a pilha proposta pelo

grupo não conter nenhum dos itens citados em sua composição, não há

restrição quanto à disposição dos resíduos produzidos.

c) Qual a toxicidade do material utilizado na preparação da pilha proposta

por seu grupo? Que cuidados foram tomados durante o manuseio

experimental?

Zinco: a toxicidade pelo zinco é rara, geralmente quando ingerido acima de

100 a 300mg/dia. Nesta eventualidade poderá provocar distúrbios

gastrointestinais como náuseas, vômitos, gosto metálico e dores abdominais.

Cobre: Ingestões acidentais de cobre podem ocorrer em situações bastante

diversas como a ingestão de água ou de alimentos cozidos em recipientes de

cobre, de chá preparado com água de geyser, bebidas açucaradas preparadas

em máquinas defeituosas e bebidas alcoólicas destiladas ou conservadas em

recipientes de cobre, podendo ocasionar vômitos, dores epigástricas e

hemólise.

Portanto, a toxidades dos materiais usados não é considerado de alto risco,

sendo necessário apenas evitar a ingestão do zinco e do cobre.

d) Qual a semi-reação do catodo da pilha proposta por seu grupo?

e) Qual a semirreação do anodo da pilha proposta por seu grupo?

f) Qual a reação global da pilha proposta por seu grupo?

g) Qual a diferença de potencial máxima atingida pela pilha proposta por

seu grupo? Se você propôs um sistema em série, especifique a diferença

de potencial para cada célula e, também, para o conjunto como um todo.

experimento.

A diferença de potencial máxima aferida no teste realizado foi de 8,04 V. O

sistema de funcionamento da pilha é composto por uma ligação em série de 14

células , como visto na figura 1 . De acordo com as semirreações de oxidação

e redução , para o zinco e para o hidrogênio respectivamente , temos que cada

uma das células geraria uma diferença de potencial de +0,76 V . Como foi

proposto um sistema em série com 14 células , tem-se que a diferença

potencial total será dada como o produto do número de células pela diferença

de potencial unitária de cada célula . Dessa forma , pode-se calcular a

voltagem máxima esperada para o conjunto experimental montado:

.Considerando que o potencial padrão se aplica somente

aos reagentes que compõe a pilha em seu estado padrão , isto é a 25ºC , 1 bar

(para gases envolvidos no processo) e 1 mol.L-1 , e sabendo que na montagem

do experimento não foi possível adequar-se à estas condições, o valor da

diferença de potencial padrão não é passível de ser usado como uma

referência para avaliar a eficiência do experimento . Dessa forma , a

disparidade entre a diferenças de potencial padrão e a diferença de potencial

encontrada experimentalmente pode ser atribuída às condições experimentais

em que o experimento foi realizado que certamente diferem das condições

padrão .

h) Durante quanto tempo a pilha proposta por seu grupo se mantém no

máximo de seu potencial ?

Durante cerca de 10 minutos a pilha manteve a voltagem máxima observada

no ínicio do aferição , a saber 8,04 V , observando que houve oscilações na

voltagem durante toda a aferição. Porém após decorridos 5 minutos, notou-se

um decrésimo mais acentuado na voltagem gerada pela pilha.

i) A tensão da pilha depende da superfície de contato entre eletrodo e

solução? (Sugere-se, quando possível, alterar a área de contato fazendo

emergir parcialmente os eletrodos da pilha proposta pelo grupo e

medindo-se, durante esse procedimento, a tensão.)

A tensão gerada pela pilha não depende da área de contato entre os eletrodos

de zinco e cobre entre a solução salina .

j) Qual o custo da pilha proposta por seu grupo?

O gasto para a construção da pilha é em torno de 12,00 reais, porém todos os

materiais são de fácil obtenção podendo até mesmo serem reutilizados para

preparar esse experimento.

Forma de gelo = 2,50 reais

Fio de cobre (1, 2 m) = 4,50 reais

Parafuso (13) = 5,00 reais

k) Discuta a portabilidade da pilha proposta.

A pilha realizada nessa prática é de fácil obtenção e construção por apresentar

grande praticidade, no entanto, a solução salina não é mantida em recipiente

fechado, o que impede que essa pilha seja utilizada em movimento uma vez

que a solução poderia sofrer vazamentos, acarretando no mau funcionamento

da mesma.

l) Que cuidados foram tomados para que acidentes como choques

elétricos não ocorressem durante a montagem do sistema e apresentação

do mesmo?

Escolheu-se colocar a solução salina antes dos eletrodos para evitar possíveis

choques elétricos, ainda assim, o procedimento foi realizado pela equipe

portando-se de luvas de borracha e calçados.

m) Discuta a perda da eficiência da pilha proposta por seu grupo em

termo da energia livre de Gibbs. Utilize a equação de Nernst.

Primeiramente, é necessário deduzir a equação de Nernst. A equação da

energia de Gibbs para esta é reação se dá por:

onde:

Substituindo:

Agora, divide-se os termos da equação acima por –nF, logo:

Como a reação global da pilha foi dada por:

. As

variáveis da equação de Nernst são :

R= 8,315 J/Kmol;

T=Temperatura (Kelvin);

n= 2 (número de mols de életrons envolvidos no processo);

Eº= +0,76 V;

F= 96500 C.mol-1;

Q= quociente para qualquer instante da reação .

Considerando que conforme o tempo da reação passa, os reagentes serão

consumidos, isto é, a concentração de tende a diminuir uma vez que

ocorrerá a formação de H2(g), o que torna o denominador menor e, por sua

vez, aumenta o valor de Q. Aumentando o valor de Q na equação de Nernst,

temos que o termo fracionado irá ser maior conforme a reação ocorre, o que

torna a eficiência da pilha cada vez menor.

NOTAS

Confecção de Pilhas

CAMILA CAROLYNE DE OLIVEIRA SANTOS 9,9

FREDERICO KROHLING MAYER 9,9

JULIO PANSIERE ZAVARISE 9,9

LARISSA BOMFIM 9,9