Efisica

Teoria eletrolítica da pilha de Volta

 

 

No funcionamento da pilha de Volta podemos distinguir duas fases:
1a) aparecimento de uma diferença de potencial inicial entre o cobre e o zinco;
2a) manutenção dessa diferença de potencial.

 

1. Aparecimento da diferença de potencial inicial

 

Muitos metais, quando colocados dentro d’água, soltam íons seus na água. Assim, o zinco liberta, na solução de ácido sulfúrico, íons positivos bivalentes de zinco, . Os dois elétrons que com esse íon formavam um átomo (neutro) são retidos no eletrodo de zinco. Ao redor desse eletrodo ficam então muitos íons positivos de zinco, e o eletrodo fica com um excesso de elétrons (fig. 211).

Teoria eletrolítica da pilha de Volta

Figura 211

A libertação de íons de zinco não continua indefinidamente, porque a carga positiva dos íons que contornam esse eletrodo atingem valor tal que impede a libertação de novos íons; isto é, qualquer novo íon solto na solução é repelido pela carga positiva e volta ao zinco, aí se unindo a dois elétrons e formando novamente um átomo de zinco (neutro).

O zinco fica então com carga negativa, devida aos elétrons, e a solução com carga positiva, devida aos íons. A consequêncta é que o zinco fica com um potencial mais baixo que a solução.

Com a lâmina de cobre acontece o mesmo. Ela também solta na solução íons positivos bivalentes de cobre, e retém elétrons (fig. 211). Então, o cobre também fica com potencial mais baixo que a solução.

Mas, os metais não tem todos a mesma facilidade para soltar íons. O cobre solta menos íons que o zinco e, portanto, retém menos elétrons que o zinco. A consequência é que o cobre fica com potencial mais alto que o zinco, embora ambos tenham potencial mais baixo que a solução. Esses potenciais estão esquematizados na figura abaixo.



Figura 212

A diferença de potencial entre o cobre e o zinco aparece então porque esses dois metais não tem a mesma facilidade para libertar íons na solução.

Sentido da corrente elétrica

Como o zinco possui mais elétrons que o cobre, quando eles são reunidos pelo condutor c há passagem de elétrons do zinco para o cobre, isto é, carga negativa, do zinco para o cobre. Mas, convencionamos que a corrente nos metais seja constituída por movimento de partículas positivas imaginárias que se desloquem do cobre para o zinco.

 

2. A manutenção da diferença de potencial

 

Poderíamos levantar a seguinte dúvida: se o zinco vai cedendo elétrons ao cobre, através do condutor c, depois de algum tempo o zinco e o cobre ficarão com igual número de elétrons, e portanto, ao mesmo potencial, e a pilha deixará de funcionar. Veremos que o ácido sulfúrico impede que isso aconteça.

As moléculas de ácido sulfúrico se dissociam em íons hidrogênio e , segundo a equação:

O íon se dirige para o zinco, aí reage com ele, formando-se sulfato de zinco, segundo a equação:

libertando-se nessa reação dois elétrons que o zinco manda depois para o condutor c. Essa reação química é a fonte de elétrons para o zinco, isto é, é a origem dos elétrons que a pilha fornece para constituírem a corrente elétrica no circuito externo.

O íon de hidrogênio, , se dirige para o cobre; aí recebe um elétron e se transforma num átomo de hidrogênio (neutro), segundo a equaçao:

Os átomos de hidrogênio se unem dois a dois formando moléculas de hidrogênio, que se desprendem junto ao cobre. Em resumo: a reação química fornece elétrons ao zinco; este os cede ao condutor c, que os conduz até o cobre; o cobre recebe elétrons e os cede aos íons de hidrogênio.

Energia transformada na pilha

Agora podemos compreender claramente o que significa a expressão: “a pilha transforma energia química em energia elétrica”. Significa que a reação química liberta dois elétrons, isto é, liberta carga elétrica.

Com o funcionamento da pilha, a reação continua, e o zinco vai sendo consumido, e transformado em sulfato de zinco. Podemos então, dizer que a energia elétrica fornecida pela pilha provém da energia química do consumo do zinco. Depois de algum tempo de uso, o zinco desaparece. Para restaurar a pilha precisamos usar nova lâmina de zinco.

 

Resumo

 

Podemos resumir o funcionamento da pilha de Volta do seguinte modo: inicialmente se estabelece uma diferença de potencial entre o cobre e o zinco, provocada pelo fato de esses dois metais não terem a mesma facilidade para libertar íons na água. Depois, os íons e permitem que a diferença de potencial se mantenha.

 

Observações

 

1a) Vemos que não é possível construir-se uma pilha com água pura, pois, sem a presença dos íons que provocam reações químicas, a diferença de potencial inicial não se mantém.

2a) Concluímos também que na construção de uma pilha podemos usar dois metais quaisquer, contanto que eles não tenham a mesma facilidade para soltar íons.

 

 

Pilha de limão

Pilha de coca-cola

 

 

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