Escola Secundária Caldas das Taipas

Apresentação em tema: "Escola Secundária Caldas das Taipas"— Transcrição da apresentação:

1 Escola Secundária Caldas das Taipas
PILHAS Este trabalho, intitulado As Pilhas, foi realizado com o efeito de abordar o primeiro capítulo da primeira Unidade do programa de 12ºano da disciplina de Química. Comprometemo-nos a realizar as tarefas e os objetivos estipulados pela professora, e para concretização deste fim iniciamos o trabalho com uns dados históricos relativos às pilhas! Pretendemos no final desta apresentação transmitir a importância das pilhas para o nosso quotidiano e associar o conceito ao mundo químico que nos pode esperar no futuro. Química 12º

2 O que é uma Pilha? Fonte portátil de energia;
Consome-se à medida que se utiliza. Pilha é uma fonte portátil de energia, resultante de reacções químicas que ocorrem no seu interior. Desde o início dos tempos, o homem sempre desejou dominar a energia disponibilizando-a quando e onde quiser. Uma pilha, é portanto, uma fonte de energia portátil que se consome à medida que se utiliza. Química 12º

3 Como funciona uma pilha?
É composta por: Ânodo; Cátodo; Eletrólito. A pilha é composta de três itens básicos: um ânodo, um cátodo e um eletrólito. Ânodo – Elétrodo Negativo da Pilha (pólo negativo) Cátodo – Elétrodo Positivo da Pilha (pólo positivo) Eletrólito – Condutor iónico que envolve os elétrodos de uma pilha, ou seja, solução condutiva entre os dois elétrodos. Estes três componentes podem ser feitos de muitos materiais diferentes e também podem ser combinados de várias formas. A escolha do material a ser usado, o tipo, e a qualidade destes materiais são importantes para determinar os níveis de energia e de desempenho da pilha. As pilhas consistem em reações químicas em que há transferência de eletrões do ânodo para o cátodo. Química 12º

4 Napoleão Bonaparte (1769 - 1821)
História das Pilhas Muitos cientistas distinguiram-se na formulação de teorias sobre a eletricidade, mas apenas um consegui criar a primeira pilha elétrica do mundo. Pilha de Volta (1800) Alessandro Volta, cientista Italiano, concebeu a primeira pilha do mundo, a chamada pilha de Volta que consta de uma sobreposição de discos de cobre e zinco, soldados dois a dois e dispostos na mesma ordem, ficando cada par separado do imediato por uma rodela de pano ou de cartão embebida em ácido sulfúrico. Volta notou entre as placas da base e as do alto, uma diferença de potencial que dava origem a fenómenos elétricos. O seu trabalho da época foi tão aclamado, que altas individualidades como Napoleão e o Imperador da Áustria lhe conferiram títulos e lugares em universidades de física conceituadas. Como as pilhas eram feitas através de eletrólitos líquidos e guardados em potes de cerâmica, tornaram-se muito pouco viáveis, mas no fim do século XIX com a invenção das pilhas secas, que utilizam uma pasta como eletrólito, a industria das pilhas cresceu rapidamente ate aos dias de hoje. Alessandro Volta ( ) Pilha de Volta (1800) Napoleão Bonaparte ( ) Imperador da Áustria Química 12º

5 TIPOS DE PILHAS Pilhas Primárias Pilhas Secundárias ou Acumuladores
Pilhas de Combustível Pilhas de Concentração Há diferentes tipos de pilhas: Pilhas Primárias; Pilhas Secundárias; Pilhas de Combustível; Pilhas de Concentração. Química 12º

6 PILHAS PRIMÁRIAS Transformação da energia química em energia elétrica é irreversível; Não são recarregáveis. Pilhas primárias – São células galvânicas com os reagentes selados dentro de um invólucro. Como não se podem recarregar, depois de gastas não podem voltar a ser usadas, uma vez que a transformação de energia química em energia elétrica é irreversível. Química 12º

7 PILHA SECA Vantagens Desvantagens - Feita de material não tóxico;
- Baixo custo. - Não pode ser reciclada; - Tendência a derramar; - Vida útil curta; -Energia potencial e corrente instáveis. Pilha Seca ou Pilha de Leclanché - o ânodo de zinco é constituído pelo recipiente da pilha. O cátodo (pólo positivo) é uma barra de grafite que actua como eléctrodo inerte. A pilha seca tem, inicialmente, uma f.e.m. de 1,5 V. Com o uso a f.e.m. diminui até cerca de 0,8 V. Química 12º

8 PILHA ALCALINA brinquedos; câmeras fotográficas digitais; MP3 players;
Aplicações: brinquedos; câmeras fotográficas digitais; MP3 players; Lanterna; PILHA ALCALINA Vantagens Desvantagens - Baixo custo; - São vulgares (podem-se encontrar com facilidade em qualquer lugar); - Durabilidade e potencia elevada para seu tamanho/peso; - Duram mais do que as secas. - A grande maioria dos modelos comercializados não pode ser recarregada e geralmente é necessária a utilização de suportes para utilização nos diversos dispositivos. Pilha alcalina - É uma versão melhorada e mais cara da pilha seca. Nesta pilha, o ânodo é de Zn e o cátodo é de MnO2. O electrólito é geralmente um gel de KOH. A f.e.m. é 1,54 V. Química 12º

9 Diferenças entre a Pilha Alcalina e a Pilha Seca
- Pilha alcalina tem uma duração média superior à pilha seca; - Pilha alcalina funciona melhor a baixas temperaturas; - Pilha alcalina tem boa resistência à corrosão, não vertendo líquido para o exterior. Química 12º

10 PILHA DE MERCÚRIO Vantagens Desvantagens
Tem uma longa vida útil; Podem ser guardadas por muito tempo (10 anos); - Mantêm o nível de tensão de 1,35V até os 5% final de sua vida. - Problemas ambientais ( o mercúrio que compõe a pilha é altamente tóxico); - Causam doenças no sistema nervoso (como a doença do chapeleiro maluco), nos rins, sistema respiratório, visão, e pode causar até mesmo cancro. Pilha de mercúrio - O ânodo é o zinco e o cátodo é uma pasta de óxido de mercúrio (II) ligada a um botão de aço e o electrólito é uma pasta de óxido de zinco e KOH. Uma pilha de mercúrio tem tamanho reduzido (pilha de botão) e uma voltagem de 1,35 V, constante durante quase todo o tempo de funcionamento da pilha. Além de ter uma d.d.p. praticamente constante durante o seu funcionamento, esta pilha tem uma maior duração e uma capacidade mais elevada, o que justifica a sua aplicação em pacemakers, auxiliares de audição, relógios electrónicos etc. Química 12º

11 PILHA DE ÓXIDO DE PRATA 2 Ag+ + Zn  2 Ag + Zn+ Vantagens Desvantagens
- Tem uma longa vida útil; - Pode substituir a pilha de mercúrio em aparelhos mais pequenos; - A tensão é superior à da célula de mercúrio, mas pode substituí-la em aparelhos mais antigos, pois a maioria dos circuitos suporta essa variação. - Problemas ambientais ( o mercúrio que compõe a pilha é altamente tóxico); - Quando utilizada para brinquedos de crianças com idade inferior a 3anos, há o risco de estas a engolirem o que poderá trazer graves problemas de saúde. 2 Ag+ + Zn  2 Ag + Zn+ Oxido de prata – Desenvolvida para substituir a célula de mercúrio usada em pequenos aparelhos. O ânodo é zinco, o cátodo é óxido de prata. A f.e.m. é 1,56 V. Química 12º

12 PILHAS SECUNDÁRIAS Transformação da energia química em energia elétrica é reversível; São recarregáveis. Pilhas secundárias ou acumuladores – podem recarregar-se se forem ligadas a uma corrente elétrica, podendo ser usadas de novo, uma vez que a transformação da energia química em energia elétrica é reversível. Química 12º

13 PILHA DE NÍQUEL-CÁDMIO
Vantagens Desvantagens - Longa vida; - Carregam e recarregam rapidamente; - Alta corrente de descarga; - Baixo preço. - Contêm material tóxico e não podem ser descartadas no meio ambiente; - “Efeito de memória”, viciam-se. Cd(s) + 2 NiO2(s) + 2 H2O(l) → 2 Ni(OH)2(s) + Cd(OH)2(s) Pilhas de níquel cádmio – São pilhas secundárias, cujo cátodo é o níquel e o ânodo é o cádmio. Estas têm aplicações em baterias de telemóveis. Química 12º

14 PILHA DE NIMH 2 NiOOH(s) + 2 H2O(l) + Cd→ 2 Ni(OH)2(s) + Cd(OH)2(s)
Vantagens Desvantagens - Maior capacidade - Maior quantidade de ciclos de carga descarga (os fabricantes afirmam ser de aproximadamente 1000 se a pilha for corretamente utilizada). - Menos poluente. - Contêm material tóxico e não podem ser descartadas no meio ambiente. 2 NiOOH(s) + 2 H2O(l) + Cd→ 2 Ni(OH)2(s) + Cd(OH)2(s) Pilhas NiMH - São as de Níquel Metal Hidreto. Estas pilhas é semelhante à pilha de níquel-cádmio, a sua diferença consiste na substituição do cádmio por hidrogénio absorvido em liga, na forma de hidreto metálico. Têm uma f.e.m. de 1,30V. Química 12º

15 Acumulador de Chumbo - Vulgarmente conhecido por baterias de automóveis; - É constituído por 6 pilhas idênticas ligadas em série, cada uma com uma voltagem de 2,0 volt. Acumulador de Chumbo - O acumulador de chumbo usado nos automóveis, (bateria), é geralmente constituído por seis pilhas idênticas ligadas em série. Cada pilha tem uma voltagem de 2,0 V , pelo que a bateria tem uma d.d.p. de 12 V. Química 12º

16 Placa de chumbo (Pb), coberta de chumbo esponjoso
Placa de chumbo, coberta com óxido de chumbo. Em cada uma das pilhas da bateria o ânodo é constituído por uma grelha de uma liga de Pb, recoberta com Pb esponjoso finamente dividido. O cátodo é uma grelha de Pb recoberta com PbO2. O eletrólito é uma solução de H2SO4 diluído. Durante o funcionamento da bateria (descarga) consome-se ácido sulfúrico, pelo que a concentração da solução aquosa vai diminuindo. Assim, o grau de descarga da bateria pode ser determinado através da medição da densidade do eletrólito. A densidade do eletrólito numa bateria totalmente carregada deve ser igual a 1,2 mg/L . Química 12º

17 - A bateria de chumbo pode ser recarregada aplicando uma tensão inversa.
Química 12º

18 PILHAS DE COMBUSTÍVEL Reagentes são constantemente renovados e os produtos constantemente removidos. Baseia-se na reação de formação de água a partir de hidrogénio e oxigénio. Pilhas de Combustível: São pilhas cujos reagentes devem ser constantemente renovados e os produtos constantemente removidos. Uma pilha de combustível típica baseia-se na reação de formação de água a partir de hidrogénio e oxigénio: é a pilha de combustível hidrogénio-oxigénio.

19 PILHA DE COMBUSTÍVEL Hidrogénio entra no ânodo e vai sofrer oxidação. Estes eletrões são transferidos para o cátodo, que é o Oxigénio. Através do eletrólito, os OH- e o H+ ligam-se formando água. Química 12º

20 PILHAS DE COMBUSTÍVEL Vantagens:
Rendimento muito elevado (superior a 90%); Produz eletricidade e vapor de água; Os combustíveis usados nestas células estão disponíveis a baixo custo.

21 PILHAS DE COMBUSTÍVEL Desvantagens: Elevado custo;
É necessário utilizar platina que é muito dispendiosa e rara; O hidrogénio é explosivo, em caso de choque; São necessários outros processos em caso de o combustível ser mais complexo (ex: gás natural).

22 PILHAS DE CONCENTRAÇÃO
São constituídas pelo mesmo material; Iões em solução com diferentes concentrações. Pilhas de concentração – São pilhas cujas semi-células são constituídas pelo mesmo material, mas cujos iões em solução têm concentrações diferentes, ou seja, uma pilha de concentração iónica consiste na que é formada por materiais metálicos da mesma natureza, em contato com soluções de diferentes concentrações. Química 12º

23 Webgrafia secundrias vantagens-e-desvantagens/ Química 12º

24 Escola Secundária Caldas das Taipas Professora Luísa Esperança
Trabalho por: 12ºC Química 12º