Construção de uma pilha galvânica

Percursor dos estudos da corrente elétrica nos organismos vivos [4]

Inspirado por Galvani, criou a primeira pilha formada por discos de zinco e de cobre [4]

Trabalho realizado por:

• Beatriz Costa, nº3, 12ºA
• Eduarda Casimiro,nº6, 12ºA
• Ema Vieira; nº7, 12ºA
• Maria das Neves; nº14, 12ºA

Cálculo da força eletromotriz

Valores teóricos

O valor de potencial de padrão do alumínio é menor que o do ferro , logo , o alumínio tem maior poder de redução , oxidando – se com maior facilidade do que o ferro, funcionando como ânodo. Já o ferro , com maior potencial padrão que o alumínio , tem menor poder redutor , funcionando como cátodo.

Assim , conclui-se que, em condições padrão, a diferença de potencial da célula é 1,22V , ou seja , E°=1,22V.

Fig.28- Tabela de valores do potencial de redução [11]

Reações de oxidação- redução

Diagrama da pilha

Construção de uma pilha galvânica

Variáveis a controlar

Cuidados a ter no laboratório

• Concentração das soluções

• Natureza dos elétrodos

• Temperatura

Material e reagentes

-Deve-se ter a bancada limpa e arrumada;

-Usar bata, luvas e outro equipamento de proteção caso seja necessário;

-Evitar o contacto de qualquer substância com o nosso corpo;

-Usar a hotte quando a substância em causa liberta gases e vapores tóxicos;

-Ler atentamente o rótulo das substâncias a usar, de modo a conhecer os seus perigos e riscos;

-Não obstruir os locais destinados à livre circulação;

-Trabalhar em pé;

- Usar calçado fechado e o cabelo quando comprido, devidamente amarrado;

- Evitar o manuseamento de aparelhos eletrónicos com as mãos húmidas;

-No fim da realização da experiência , todo o material e reagentes devem ser arrumados devidamente. [36]

Fig.27- Rótulo do Nitrato de Alumínio [32]

Fig.8- Vidro de relógio [9]

Preparação das soluções

Fig.7-Copo de precipitação [8]

Fig.6- Balança digital [7]

Fig.9- Tubo em U [10]

1º-Pesaram-se 80,8 g de , num vidro de relógio, na balança digital;

Introdução

Fig.38- Pesagem do Nitrato de Ferro

2º- Transferiu-se o soluto para um gobelé, com a ajuda da garrafa de esguicho;

O que é uma pilha?

3º-Dissolveu-se o soluto com um pouco de solvente até obter uma mistura homogénea;

Fig. 10- Algodão [15]

Uma pilha é um dispositivo que transforma energia química, a partir de uma reação de oxidação-redução espontânea, em energia elétrica, que será posteriormente utilizada para fazer equipamentos funcionar. [39]

Fig.11- Lâminas de ferro e alumínio [16]

Fig.12- Lixa [17]

Fig.13- Voltímetro [18]

Fig.39- Disolução

Fig.1- Célula galvânica [1]

Fig.14- Fios condutores [19]

Fig.16- Placa de aquecimento [21]

Fig. 17- Varetas de vidro [22]

Fig.15- Balões volumétricos de 250mL [20]

A sua história

Cálculos

4º-Aqueceu-se a solução, agitando sempre (aproximadamente por 10 min);

Cálculo da força eletromotriz fora das condições padrão (teórico)

Fig.36- Aquecimento da solução

5º-Transferiu-se a solução para os tubos em U com cuidado para que não se criassem bolhas de ar;

• Cálculo da força eletromotriz pela Equação de Nernst

6º-Deixou-se arrefecer a solução até esta gelificar.

“O potencial varia com a concentração das espécies, que participam nas reações . Esta dependência é dada pela equação de Nernst.”(Valentim Nunes,2003)

A força eletromotriz é o Epilha , e é o valor obtido pela equação de Nernst.

Fig.37- Arrefecimento da solução

Fig.2- Galvani [2]

• Construção da ponte salina

4º-Transferiu-se a mistura para um balão volumétrico, com a ajuda de um funil de vidro e de uma vareta de vidro;

Força eletromotriz

1º- Pesaram-se 3g de NaCl e de agár-agar;

Fig.40-Passo 4

5º-Lavar o gobelé com um pouco de água, para completa remoção do soluto, transferindo-a também para o balão volumétrico;

Fig-30 e 31- Pesagens

Fig.41- Lavagem

2º-Misturaram-se os sais e diluíram-se em 100 ml de agua desionizada;

E°pilha – Potencial normal da pilha

n- Nº de eletrões

Q- Quociente de reação

A Epilha depende do quociente de reação (Q). Quanto maior a concentração de Fe2+ e menor a de Al3+, menor será o quociente e como tal, maior a f.e.m. da pilha (Epilha).

6º- Adicionou-se água com muito cuidado até que o nível da solução atinja exatamente a marca do balão;

Constitução de uma pilha e seu funcionamento

• A força eletromotriz/tensão de uma célula é a diferença de potencial elétrico entre os dois elétrodos, medida num voltímetro;
• É essa diferença de potencial que vai criar eletricidade na pilha.

7º- Tapou-se o balão volumétrico;

8º-Homogeneizou-se a solução, agitando e invertendo o balão várias vezes;

9º- Rotulou-se o balão volumétrico, indicando na etiqueta a concentração da solução e o nome da mesma.

Fig.29- Calculadora [14]

Fig. 32 a 35- Passo 2

Construção da pilha

3º- Juntaram-se algumas gotas de ácido sulfúrico à solução;

E°pilha = E°cátodo - E°ânodo

1º-Colocou-se a solução de Al(NO3)3, nitrato de alumínio, de concentração 1 mol/dm3 num copo de precipitação e a solução de Fe(NO3)3, nitrato de ferro, noutro;

Fig.3- Alessandro Volta [3]

Equação de Nernst

2º- Introduziu-se uma extremidade da ponte salina no copo de precipitação que continha a solução de nitrato de alumínio e a outra extremidade no copo que continha a outra solução;

Fig.42- Passo 2

Formula para determinar a f.e.m. fora das condições padrão.

3º-• Lixaram-se cuidadosamente as lâminas de ferro e alumínio, de modo a remover óxidos e impurezas das mesmas;

• Nas reações de oxidação-redução há transferência de eletrões de uma espécie dadora (redutora/ oxidada) para uma espécie recetora (oxidante/ reduzida).
• Sempre que a variação do número de oxidação é positiva , ocorre oxidação , e quando esta variação é negativa ocorre redução.

4º- Lavaram-se as lâminas com a água destilada;

5º- Colocou-se a lâmina de alumínio no copo de precipitação que continha a solução correspondente, e analogamente para a lâmina de ferro;

Fig.43- 5º passo

Epilha=E°pilha - 0,059/n log Q

Procedimento

6º- Posicionámos um dos crocodilos na lâmina de ferro e o outro na lâmina de alumínio;

7º- Ligou-se cada um dos fios dos crocodilos ao voltímetro;

8º-Aguardou-se e registou-se o valor observado no voltímetro;

9º- Registou-se a temperatura das soluções.

[12][13] [37] [38]

• Duas semicélulas eletroquímicas ligadas por um fio condutor e por uma ponte salina;
• Ponte salina tem duas funções: manter um equilíbrio elétrico e fechar o circuito;
• Há duas semicélulas: o ânodo e o cátodo;
• Cada semicélula é constituída por um metal mergulhado numa solução do mesmo.

Esta experiência baseia-se em 3 partes:

-Preparação da ponte salina;

-Preparação das soluções;

-Preparação e realização da experiencia em si.

Crítica/ discussão de resultados

Fig.44- Pilha construída

Fig.4- Conjunto de pilhas [5]

Conclusão

Potencial padrão

• O potencial normal de redução é a tendência que uma determinada espécie química tem para ser reduzida;
• Os valores de potencial padrão variam conforme o átomo tem maior ou menor a tendência para reduzir o Hidrogénio . Este apresenta potencial de redução igual 0 . [34]

Objetivos desta experiência

Materiais e reagentes

Rendimento

Ânodo

• Identificar os constituintes de uma pilha eletroquímica;

• Prever a diferença de potencial de uma pilha eletroquímica, conhecendo os elétrodos (condições padrão);

• Identificar a relação entre a diferença de potencial e o quociente de reação;

• Concluir através da equação de Nernst a concentração mais indicada para a soluções de forma a obter uma d.d.p. predefinida;

• Medir a d.d.p. elétrico nos terminais da pilha e comparar o valor obtido com o valor previsto;

• Apontar possíveis fatores que justifiquem as diferenças entre os resultado esperado e o obtido;

• Relacionar o esgotamento de uma pilha com o estado de equilíbrio do sistema.

Valor obtido no final da experiencia para f.e.m : 0,346V

Valor esperado para a f.e.m nas condições a que estavamos sujeitos (temp. de 22,2°C) : 1,223V

Cálculos para a preparação das soluções

Pilha de Daniell

• Massa a utilizar de Nitrato de Alumínio

Fig.18- Pipetas [23]

Fig. 20- Termómetro [25]

Fig.19- Pompete [24]

• Célula galvânica constituída por um elétrodo de zinco (ânodo) e outro de cobre (cátodo);
• Encontra-se nas condições padrão, ou seja, as soluções têm concentração de 1mol/dm3 e força eletromotriz igual a +1,10V; a 25°C. [33]

O rendimento obtido foi de 28,29%

• Polo negativo da pilha;
• Elétrodo onde ocorre oxidação;
• Fornece eletrões que serão recebidos pelo cátodo;
• Recebe os aniões provenientes da ponte salina.

• Massa a utilizar de Nitrato de Ferro

Fig.22- Agár- agár [27]

Fig.23- Cloreto de Sódio [28]

Fig.21- Água de desionizada e destilada [26]

Cátodo

Fig.5- Pilha de Daniell [6]

• Polo positivo da pilha;
• Elétrodo onde ocorre redução;
• Recebe os eletrões provenientes do ânodo;
• Recebe os catiões da ponte salina.

Fig.25- Nitrato de Ferro [30]

Fig.26- Ácido Sulfúrico [31]

Fig.24- Nitrato de Alumínio [29]