Pilha de Daniell Por: Gabriel Vieira

 Você já ouviu falar na famosa pilha de Daniell? Inventada em 1836 por John Frederic Daniell, foi um dos primeiros dispositivos criados pelo homem que geravam eletricidade. Mas como será que essa pilha funciona? Veja a resposta dessa pergunta neste experimento!

Materiais Necessários

  • 4 béqueres de 100 mL
  • Algodão
  • Mangueira
  • 2 fios com conectores (jacarés)
  • Multímetro
  • Relógio digital a pilha
  • 2 placas de cobre metálico
  • 2 placas de zinco metálico
  • Sulfato de cobre 1,0 mol/L
  • Sulfato de zinco 1,0 mol/L
  • Solução saturada de NaCl

Fase 1 - Mãos à obra!

Adicione 40 mL da solução de sulfato de zinco a um béquer e 40 mL da solução de sulfato de cobre a outro béquer.

Ao béquer contendo sulfato de zinco, coloque uma placa de zinco.

Ao béquer contendo sulfato de cobre, coloque uma placa de cobre.

Fase 2 - Mãos à obra!

Com auxílio de um conta gotas, encha completamente a mangueira com a solução saturada de NaCl.

Umedeça dois pedaços pequenos de algodão com a solução de NaCl e utilize-os para tampar as extremidades da mangueira.

Mergulhe uma extremidade da mangueira (ponte salina) no béquer contendo sulfato de zinco e a outra extremidade no béquer contendo sulfato de cobre.

Fase 3 - Mãos à obra!

Ajuste o multímetro para leitura de tensão elétrica (voltagem, medida em volts).

Conecte o fio preto do multímetro na placa de zinco e o fio vermelho na placa de cobre.

Fase 4 - Mãos à obra!

Inverta os fios, conectando o fio vermelho na placa de zinco e o preto na placa de cobre. Observe.

Inverta novamente os fios e retire a ponte salina. Observe.

Recoloque a ponte salina e troque o multímetro pelo relógio digital. Conecte a placa de zinco ao polo negativo do relógio e a placa de cobre ao polo positivo. Observe.

Fase 5 - Mãos à obra!

Monte uma segunda pilha. Conecte a placa de zinco de um à placa de cobre da outra. Não conecte as placas de uma mesma pilha.

Conecte a placa de zinco livre ao polo negativo do relógio e a placa de cobre livre ao polo positivo do relógio. Observe.

Troque o relógio pelo multímetro e observe.

Fase 6 - O que acontece?

No experimento que realizamos, fizemos uma pilha de Daniell. Quando conectamos o multímetro, pudemos medir uma tensão elétrica. Isso ocorreu porque existe uma diferença de potencial entre os dois sistemas: placa de zinco/solução de íons zinco e placa de cobre/solução de íons cobre. Podemos dizer que cada montagem em um béquer é um polo da pilha. Cada placa metálica recebe o nome de eletrodo. Esses eletrodos devem estar mergulhados em soluções contendo seus íons para que a pilha funcione. Além disso, os polos da pilha devem estar conectados por meio de uma ponte salina. Para fechar o circuito e permitir que a pilha funcione, é preciso, ainda, conectar as placas metálicas com um fio.

Na pilha de Daniell, os átomos na placa de zinco liberam elétrons que vão em direção à placa de cobre através do fio. Ou seja, o zinco é oxidado. Com isso, formam-se íons Zn2+ que se desprendem da placa e se dissolvem na solução, aumentando a sua concentração. Depois de muito tempo, podemos perceber que a placa diminui de massa. Enquanto isso ocorre, os elétrons que chegam à placa de cobre geram uma carga negativa na placa que atrai os íons Cu2+ em solução e permite que eles se depositem como cobre metálico, o que faz com que a placa aumente de massa e que a concentração desses íons na solução diminua. Ou seja, o cobre é reduzido. Podemos dizer que o cobre é um metal mais nobre que o zinco. Isso quer dizer que, em uma pilha, zinco cederá elétrons para o cobre. Dizemos que o cobre tem um maior potencial de redução que o zinco e que o zinco tem um maior potencial de oxidação.

Em uma pilha, o polo em que ocorre a perda de elétrons é chamado de ânodo, que por convenção, tem sinal negativo (é o polo negativo da pilha). O polo que recebe os elétrons é chamado de cátodo, que por convenção, tem sinal positivo (é o polo positivo da pilha). Em cada polo, ocorrem reações químicas que podem ser representadas pelas equações abaixo. Quando invertemos os fios do multímetro, percebemos uma leitura negativa da tensão elétrica. Isso não quer dizer que as reações ocorreram de forma inversa, mas apenas que o aparelho mediu a tensão elétrica de forma inversa à convencional.

Durante a reação na pilha ocorre o aumento no número de cargas positivas na solução de zinco e a diminuição de cargas positivas na solução de cobre. Para corrigir esse desequilíbrio de cargas, os íons negativos presentes na ponte salina movimentam-se em direção ao béquer que contém a solução de zinco e os íons positivos presentes nessa ponte movimentam-se em direção ao béquer que contém a solução de cobre. Quando retiramos a ponte salina, percebemos que a pilha deixou de funcionar. Isso ocorreu porque a movimentação dos íons foi interrompida e assim não houve mais condução de corrente elétrica através da solução.

Devemos perceber, porém, que, assim como acontece para qualquer pilha, a pilha de Daniell não dura para sempre, pois as mudanças nas concentrações dos íons metálicos nas soluções causam uma diminuição na diferença de potencial entre os dois polos até que ele seja zero.

Uma pilha seca convencional, necessária para o funcionamento do relógio, gera uma tensão elétrica de 1,5 V. Como vimos pela medida no multímetro, a tensão gerada pela pilha de Daniell foi menor do que isso. Para podermos ligar o relógio precisamos montar outra pilha e conectá-la à primeira. Dessa forma, geramos uma tensão elétrica suficiente para fazer o relógio funcionar. A conexão das pilhas permitiu a geração de uma tensão elétrica maior que a de uma pilha sozinha. Portanto, dizemos que as pilhas foram conectadas em série, pois tiveram suas tensões elétricas somadas.

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