A Eletricidade nos Fenômenos Químicos do Dia-a-dia
Aula: Os Fenômenos ElétricosAluno: Vilmar Konageski Jr
Estágio Supervisionado IV: Ensino de Química IProfessor: Dr. Otavio Aloisio Maldaner
Parte Experimental:
• Realização do Experimento de ligar uma lâmpada de lanterna com o uso de uma pilha comum.
• Realização da montagem de uma pilha de Cu(s)/Zn(s) e verificar seu funcionamento com a lâmpada de lanterna da experiência anterior, ou com multímetro.
Reflexão:
• Por que existe o “fenômeno” da eletricidade nas pilhas?
• O que há na pilha comum e na pilha que foi montada que faz com que exista a eletricidade?
• Qual propriedades os materiais possuem que fazem este “fenômeno” existir?
Observe:
Lâmina de Zn(s)
Papel filtro com ZnSO4(aq)
Papel filtro com CuSO4(aq)
Lâmina de Cu(s)
Lâmina de Zn(s)
Papel filtro com ZnSO4(aq)
Papel filtro com CuSO4(aq)
Lâmina de Cu(s)
Esta foi a ordem de montagem para a pilha de Cu(s)/Zn(s), veja que a ordem se repete porque assim fica mais fácil de visualizar o acendimento da lâmpada.
Reação Principal da Pilha experimental
# Pólo Positivo:
Cu2+ + 2e- Cu0
Redução
# Pólo Negativo:
Zn0 - 2e- Zn2+
Oxidação
# Com base no fato
evidenciado de
deposição do metal
cobre sobre as placas
da pilha, o que
podemos deduzir? A
reação de oxidação
ocorre
simultaneamente com
a de redução.
Lembre-se de:
• Os elementos químicos possuem determinadas características, que, dão à eles certas propriedades. Uma característica importante dos metais é a reatividade, relembre da série de reatividade dos metais em ordem decrescente:
Li>Cs>Rb>K>Ba>Sr>Ca>Na>Mg>Be>Al>Zn>Cr>Fe>Cd>Co>Ni>Pb>H>Sb>Bi>Cu>Hg>Ag>Pd>Pt>Au
E a pilha comum?
Na pilha comum existe um eletrodo de grafite no centro, este grafite é envolvido por uma pasta de NH4Cl, ZnCl2 MnO2. Esta pasta é envolvida pelo envoltório de Zinco que constitui o corpo da pilha sendo este o pólo negativo.
Entre o bastão de grafite e o pólo metálico externo as empresas fabricantes utilizavam uma pequena porção de Hg(l), entre outros metais pesados, e isto tornava as pilhas grandes fontes de poluição pois poucas delas eram destinadas adequadamente.
A Pilha Comum
• Um circuito é o caminho por onde passam os elétrons. O circuito permite aos elétrons saírem da casca de zinco (lembre-se de nossa experiência, o Zn passando a Zn+2 portanto "perdendo" elétrons), viajando até a lâmpada pelo fio de cobre (que não participa da reação) viaja pela lâmpada, o que faz a lâmpada se acender, voltam à pilha através do contato metálico no topo do carvão, atravessam o carvão e vão provocar reações químicas pela pasta úmida negra dentro da pilha.
Redução e Oxidação no Experimento
• E temos aí um tipo particular de reação química chamada REDOX, ou de oxidação e redução. Quando o zinco perde elétrons, dizemos que ele SE OXIDA, e o chamamos de agente redutor, pois ele vai forçar o cobre a ganhar elétrons, cujo processo a gente chama de REDUÇÃO.
Reações de algumas pilhasTipo Reações Voltagem
Pilha Alcalina Zn + 2OH- ZnO + H2O + 2e-
2 MnO2 + H2O + 2e- Mn2O3 + 2OH-
1,5 V
Bateria de Chumbo
Pb + SO42- PbSO4 + 2e-
PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- PbSO4 + H2O
2 V
Pilha de Mercúrio
Zn + 2OH- ZnO + H2O + 2e-
HgO + H2O + 2e- Hg + 2OH-
1,5 V
Bateria de Níquel-Cádmio
Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2e-
2NiO(OH) + 2H2O + 2e- 2Ni(OH)2 + 2OH-
1,4 V
Pilha de Lítio 2Li 2Li+ + 2e-
I2 + 2e- 2I-
2,8 V
Reação Espontânea ddp
Me(s) + Mex- (aq) Produtos
E0 red - E0 red > 0 a voltagem da pilha é positiva
Me(s) + Mex- (aq) Nada ocorre
E0 red - E0 red < 0 a voltagem da pilha é negativa
Eletrodo que Eletrodo que
recebe e- doa e-
Potencial Padrão em solução aquosa
Em solução Metal E0 red (V)
K+(aq) K(s) -2,93
Na+(aq) Na(s) -2,71
Zn2+(aq) Zn(s) -0,76
Pb2+(aq) Pb(s) -0,13
Ag+(aq) Ag(s) 0,8
Cl2(g) 2Cl-(aq) 1,36
Cu2+(aq) Cu(s) 0,34
Como calcular a voltagem?
• Entre Potássio e Cobre?
• K>Cu
• K oxida(-e-) e Cu reduz(+e-), logo:
• Para saber qual oxida e qual reduz veja o próximo slide.
• ddp = +0,34V - (-2,93V) = 3,27V
• ddp>0 maior que zero e portanto há uma pilha
Lembre-se de:
OxidaOxidaLi>Cs>Rb>K>Ba>Sr>Ca>Na>Mg>
Be>Al>Zn>Cr>Fe>Cd>Co>Ni>Pb>
H>Sb>Bi>Cu>Hg>Ag>Pd>Pt>Au
ReduzReduz
Exercício:
• Calcule a voltagem da seguinte pilha:
• Chumbo e Prata sabendo que:
• E0 red Pb = -0,13V
• E0 red Ag = 0,8V
• Série: Ni>Pb>Sb>Hg>Ag
Resolução:
• Quem oxida e quem reduz?• Pb oxida e Ag reduz
• Cálculo da voltagem, lembre-se quem reduz vem primeiro e quem oxida depois.
ddp= 0,8V - (-0,13V) = 0,93V
Esta pilha gera 0,93 volts de energia.
A Transmissão da Eletricidade
• Os metais quando formam ligas com outros metais utilizam a ligação metálica, ou seja, é formado um “mar de elétrons”.
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Barra de Metal
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Meio Ambiente e Pilhas
• Durante muito tempo utilizamos pilhas, sem o devido cuidado na hora da fabricação e disposição final e o resultado disto está ai hoje, os lixões que não são preparados para receber este tipo de material, acabaram concentrando grande quantidade de metais pesados e colocando-os em contato com os mais diversos meios de dispersão.
E as pilhas de Ijuí vão para onde?
Falando em saúde: A TOXICIDADE é uma característica
assim como todas as demais características que possuem os átomos.
• A toxicidade de um metal, assim como sua disponibilidade (capacidade de interação de um contaminante com um sistema biológico) estão relacionadas com vários fatores, como: a forma química em que o metal se encontra no ambiente; as vias de introdução do metal no organismo humano; a sua capacidade de biotransformação em sub-produtos mais ou menos tóxicos; etc. Desta forma, da sua emissão para o ambiente até o aparecimento dos sintomas da intoxicação, vários serão os interferentes que influirão nos efeitos negativos causados pelos metais.
Tabela 3 - Efeitos nocivos à saúde humana ocasionados por alguns metais presentes nas pilhas e baterias
METAL EFEITOS
Cádmio (Cd) § Câncer§ Disfunção renal§ Disfunções digestivas (náusea, vômito, diarréia)§ Problemas pulmonares§ Pneumonite (quando inalado)
Chumbo (Pb) § Anemia§ Disfunção renal§ Dores abdominais (cólica, espasmo e rigidez)§ Encefalopatia (sonolência, manias, delírio, convulsões e coma)§ Neurite periférica (paralisia)§ Problemas pulmonares
Lítio (Li) § Disfunção renal§ Disfunção do sistema neurológico§ Cáustico sobre a pele e mucosas (hidróxido de lítio)Manganês (Mn)§ Disfunção do sistema neurológico§ Efeitos neurológicos diversos§ Gagueira e insônia
Mercúrio (Hg) § Congestão, inapetência, indigestão§ Dermatite§ Diarréia (com sangramento)§ Dores abdominais (especialmente epigástrico, vômitos, gosto metálico)§ Elevação da pressão arterial§ Estomatites, inflamação da mucosa da boca, ulceração da faringe e doesôfago, lesões renais e no tubo digestivo§ Gengivite, salivação§ Insônia, dores de cabeça, colapso, delírio, convulsões
Níquel (Ni) § Câncer
Zinco (Zn) § Alterações no quadro sangüíneo, particularmente ferritina e hematócrito§ Problemas pulmonares
Fonte: COMLURB e IQ/UFRJ
Pilhas, o que fazer após o uso?
• Para a correta disposição das pilhas deve-se observar o seguinte:
• Existe alguma marcação na pilha indicando sua disposição final?
• A pilha é de origem confiável?
• E as baterias de Celular?
E o futuro?
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