TCC/Monografia equilíbrio

01/24

Francisca Vieira, nº8; Joana Pereira,nº11; 12ºC

Como construir uma pilha com uma determinada tensão elétrica?

03. Diferença de potencial

02. História da pilha

01. Introdução

06. Célula galvânica

05. Célula eletrolítica

04. Reação redox

09. Análise de resultados

10. Conclusão

11. Webgrafia

08. Parte experimental

07. Pilha de Daniell

Índice

01. Introdução

"A pilha, uma fonte de energia que torna possível o funcionamento dos nossos dispositivos do dia a dia."

A história cativante da pilha, desde as inovações de Alessandro Volta até os dias atuais, reflete sua importância vital na alimentação de dispositivos cotidianos. Nesta jornada, exploraremos a construção intricada desse dispositivo que desempenha um papel central em nossa vida moderna, proporcionando energia para aparelhos eletrônicos até veículos elétricos.

02. História da pilha

Em 1800, Alessandro Volta, físico italiano, iniciou a história da pilha com a criação da primeira pilha voltaica, conhecida como 'Pilha de Volta'. Utilizando discos de zinco e cobre empilhados, separados por discos de papel embebidos em solução salina, assim ele conseguiu gerar uma corrente elétrica constante.

02. História da pilha

Em 1836, o químico britânico John Frederic Daniell aprimorou o conceito de pilha com a introdução da 'Célula de Daniell'. Esta célula eletroquímica utilizava um elétrodo de zinco em ácido sulfúrico como ânodo e um elétrodo de cobre em sulfato de cobre como cátodo proporcionando uma tensão elétrica mais estável que a Pilha de Volta.

02. História da pilha

No século XIX, cientistas como Michael Faraday, William Grove e Georges Leclanché contribuíram para o desenvolvimento da tecnologia de pilhas. Em 1888, o cientista português Afonso de Paiva melhorou a pilha Leclanché, usando zinco e carvão numa mistura de dióxido de manganês, avançando a célula eletroquímica de pilha seca.

03. Diferença de potencial

A diferença de potencial ou tensão elétrica, é uma medida da energia potencial elétrica por unidade de carga em um circuito elétrico. Essa grandeza indica a capacidade de uma fonte de energia elétrica de realizar trabalho por meio do movimento de cargas elétricas em um circuito.

04. Reação redox

Uma reação redox ou oxidação-redução, é um tipo específico de reação química em que ocorre a transferência de eletrões entre os reagentes.Numa reação de oxidação-redução, pelo menos um elemento sofre oxidação (perde eletrões) e outro sofre redução (ganha eletrões). Estas reações são descritas pela seguinte equação geral.

05. Célula eletrolítica

Uma célula eletrolítica converte energia elétrica em energia química por meio de reações não espontâneas. Ela possui dois elétrodos (cátodo e ânodo) imersos em um eletrólito condutor. Ao aplicar uma corrente elétrica, ocorrem reações químicas nos eletrodos.

06. Célula galvânica

Uma célula galvânica gera espontaneamente energia elétrica a partir de reações químicas, sendo a base das pilhas e baterias. Nela, o ânodo é onde ocorre a oxidação e o cátodo é onde ocorre a redução, e o fluxo de eletrões viaja do ânodo para o cátodo através do fio externo. A força eletromotriz (f.e.m.) é a tensão elétrica medida num voltímetro entre os elétrodose. A f.e.m. de uma pilha, em condições-padrão, (ΔE0pilha), é igual à diferença entre E0oxidante-E0redutor. ΔE0pilha= E0oxidante-E0redutor.

07. Pilha de Daniell

A pilha de Daniell é uma célula voltaica com um ânodo de zinco e um cátodo de cobre, imersos em soluções de sulfato de zinco e sulfato de cobre, respectivamente. As reações de oxidação-redução entre o zinco e o cobre geram eletricidade espontaneamente. Os seus principais componentes são:

• Ânodo (eletrodo negativo)

• Cátodo (eletrodo positivo):

• Ponte Salina

Potencial padrão da pilha: ΔE0=E0maior - E0menor =0,34 - (-0,76) = +1,1V

Cobre(Cu):ΔEº (ligado ao eléctrodo padrão) = 0,34V 0,34 = Eº cátodo – 0,00 Eº cátodo = 0,34 V

Cálculo da força eletromotriz

08. Parte experimental

Zinco(Zn): ΔEº (ligado ao eléctrodo padrão) = 0,76 V ΔEº = Eº cátodo - Eº ânodo 0,76 = 0,00 - Eº ânodo Eº ânodo = - 0,76V

• c=0,25 mol/dm3
• V=100 mL=0,100 L

Cálculo das soluções

08. Parte experimental

• 1 placa de zinco de 8 cm
• 1 placa de cobre de 8 cm
• Solução de sulfato de cobre (CuSO4) com concentração de 0,25 mol/dm3
• Solução de sulfato de zinco (ZnSO4) com concentração de 0,25 mol/dm3
• 2 gobelés
• 2 balões volumétricos de 100ml
• Balança digital
• Tubo de plástico
• Algodão
• Solução de cloreto de sódio (NaCl)
• 2 fios condutores
• Voltímetro
• Vela led de 3 volts

Materiais

08. Parte experimental

1. Pesar com auxílio de uma balança digital, como uma incertza absoluta de leitura de 0,01g, 6.24 g de sulfato de cobre (II), CuSO4,para preparar 100mL da solução aquosa de CuSO4 de concentração de 0,25 mol/dm3;
2. Com uma vareta de vidro dissolver todo o sal, medir no balão volumétrico 100mL e colocar dentro do gobelé respectivo, onde se irá colocar o eléctrodo de cobre;
3. Pesar com auxílio de uma balança digital, 7.19 g de sulfato de zinco, ZnSO4, para preparar 100 mL da solução aquosa de ZnSO4, de concentração de 0,25 mol/dm3;
4. Com o auxílio de uma vareta de vidro dissolver todo o sal, medir no balão volumétrico 100mL e colocar dentro do respectivo gobelé, onde se irá colocar o eléctrodo de zinco.

1ª parte da atividade laboratorial

08. Parte experimental

1. Limpar com uma lixa fina ou palha-de-aço a superfície dos elétrodos de zinco e cobre para retirar as impurezas;
2. Introduzir os elétrodos metálicos na solução do catião correspondente;
3. Utilizando um fio eléctrico com crocodilos nas extremidades unir o voltímetro aos eléctrodos;
4. Construir uma ponte salina enchendo o tubo em forma de “U” invertido, com algodão mergulhado numa solução de NaCl;
5. Unir os dois gobelés, contendo as soluções previamente preparadas, através da ponte salina;
6. Identificar com voltímetro, o terminal positivo e negativo, ligar os terminais nos elétrodos e anotar a tensão gerada.

2ª parte da atividade laboratorial (montagem experimental)

08. Parte experimental

A nossa pilha final apresentou um potencial de 1,0 V. um valor muito próximo ao esperado de acordo com os cálculos teóricos (1,1 V). Mesmo assim, ainda sem ter voltagem suficiente para ligar o LED que tínhamos inicialmente planeado para o trabalho.

Cálculo do rendimento

09. Análise de Resultados

Cálculo do erro percentual

09. Análise de Resultados

Após a realização deste trabalho, pudemos concluir que a elaboração e a concretização de um projecto não é assim tão limiar. É necessário perceber o que estamos a fazer e ter a capacidade de contornar imprevistos, elaborar hipóteses, testá-las e acima de tudo nunca desistir.

De entre as possíveis causas para essa pequena diferença destacamos:

• Experiência sobre condições não padrão;
• Perdas de energia sob a forma de corrente;
• Os fios condutores tinham demasiada resistência;
• Mau contacto entre os eléctrodos e o eletrólito;
• Más condições do material usado (ex: o zinco e o cobre poderiam já ter estado em contacto com outras substâncias);
• Erros no manuseamento do material;

09. Análise de Resultados

10. Conclusão

Em suma, a construção de uma pilha combina princípios de química e eletricidade para criar uma fonte eficiente de energia. Da pioneira pilha de Volta às modernas baterias, este processo evidencia a evolução tecnológica na busca por soluções energéticas cada vez mais eficazes para alimentar diversos dispositivos.

Fim

• Voltímetro – Wikipédia, a enciclopédia livre (wikipedia.org)
• Construção de uma pilha com diferença de potencial determinada - NotaPositiva
• Química 12º Ano Unidade 1 APL 1- Construção de uma pilha com diferença de potencial determinada (1.1 V) - PDF Free Download (docplayer.com.br)
• Tarefa 7: Química 12ºAno- Pilha (genial.ly)
• https://www.google.com/search?q=pilhas+e+baterias&tbm=isch&ved=2ahUKEwj-xvSrtPmDAxUxUKQEHSEkDPoQ2-cCegQIABAA&oq=pilhas+e+baterias&gs_lcp=CgNpbWcQAzIFCAAQgAQyBQgAEIAEMgUIABCABDIFCAAQgAQyBQgAEIAEMgUIABCABDIFCAAQgAQyBQgAEIAEMgYIABAFEB4yBggAEAUQHjoKCAAQgAQQigUQQzoECCMQJ1CZCFj6J2DRKWgAcAB4AIABcYgBjQ2SAQQxNi4ymAEAoAEBqgELZ3dzLXdpei1pbWfAAQE&sclient=img&ei=msiyZf6RNbGgkdUPociw0A8&bih=707&biw=1536&client=avast-a-2#imgrc=QuozaympiYHQqM
• https://www.google.com/search?q=pilhas+e+baterias&tbm=isch&ved=2ahUKEwj-xvSrtPmDAxUxUKQEHSEkDPoQ2-cCegQIABAA&oq=pilhas+e+baterias&gs_lcp=CgNpbWcQAzIFCAAQgAQyBQgAEIAEMgUIABCABDIFCAAQgAQyBQgAEIAEMgUIABCABDIFCAAQgAQyBQgAEIAEMgYIABAFEB4yBggAEAUQHjoKCAAQgAQQigUQQzoECCMQJ1CZCFj6J2DRKWgAcAB4AIABcYgBjQ2SAQQxNi4ymAEAoAEBqgELZ3dzLXdpei1pbWfAAQE&sclient=img&ei=msiyZf6RNbGgkdUPociw0A8&bih=707&biw=1536&client=avast-a-2#imgrc=CDHwqn9wz7tJUM
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11. Webgrafia