Whatsapp icon Whatsapp

Diferença de potencial de uma pilha

Medindo a força eletromotriz ou diferença de potencial de uma pilha
Medindo a força eletromotriz ou diferença de potencial de uma pilha

Para entendermos o que é a diferença de potencial de uma pilha, vamos fazer uma analogia com uma cachoeira. A água sempre flui de cima para baixo numa cachoeira, esse é o processo espontâneo, nunca o contrário.

Algo similar ocorre com o fluxo dos elétrons numa pilha, eles sempre vão no sentido do ânodo para o cátodo, isto é, do eletrodo que tem menor potencial de redução para o eletrodo que possui maior potencial de redução (ou do eletrodo que possui maior potencial de oxidação para o eletrodo de menor potencial de oxidação).

Assim, a diferença de potencial (ddp) é a diferença que existe entre os potenciais de cada eletrodo. A sua unidade é o volt (V).

O maior valor para a ddp de uma pilha, que é o valor no início de seu funcionamento, é chamado de força eletromotriz (fem ou E). Ela pode ser medida se colocarmos um aparelho chamado voltímetro entre os dois eletrodos da pilha.

Por exemplo, a pilha de Daniell é formada por um eletrodo de zinco mergulhado numa solução de sulfato de zinco e por um eletrodo de cobre mergulhado numa solução de sulfato de cobre. Se colocarmos um voltímetro no circuito externo dessa pilha, conectado entre os dois eletrodos, veremos que a força eletromotriz dessa pilha é igual a 1,10 V:

Esquema da pilha de Daniell ou pilha de zinco-cobre

Com o passar do tempo, nota-se que a placa de zinco é corroída e a placa de cobre aumenta de massa, enquanto a solução de sulfato de cobre, que era azul, vai ficando incolor.

Isso comprova que a placa de zinco metálico atua como ânodo ou polo negativo da pilha, porque ele sofre oxidação, perdendo elétrons e se transformando em cátions zinco (Zn2+(aq)), que ficam na solução. É por isso que a placa de zinco vai perdendo massa com o passar do tempo:

Semirreação do ânodo: Zn( s)   ↔  Zn2+(aq) + 2 e-

Já a placa de cobre metálico atua como cátodo ou polo positivo da pilha, porque os cátions cobre (Cu2+(aq)) da solução sofrem redução, recebendo os elétrons do zinco, tornando-se cobre metálico (Cu0(s)), que vai se depositando na placa.

Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- ↔  Cu( s)  

É por isso que a massa da placa de cobre vai aumentando e a solução de sulfato de cobre vai descorando, já que a cor azul se deve à presença dos íons Cu2+.

Isso significa que o zinco tem maior potencial de oxidação que o cobre e, consequentemente, o zinco tem menor potencial de redução que o cobre:

Eoxi Cu2+ < Eoxi Zn 2+

Ered Cu2+ > Ered Zn2+

Numa pilha, sempre a espécie que apresenta o maior potencial de redução sofrerá a redução e, portanto, a outra espécie que possui maior potencial de oxidação, sofrerá a oxidação.

Assim, o sentido do fluxo dos elétrons dependerá de qual metal estará no eletrodo, pois cada metal possui um potencial de redução e de oxidação. Por exemplo, se no lugar do zinco fosse colocada a prata, o cobre não sofreria redução, mas sim oxidação. Nesse caso, o cobre seria o ânodo (polo negativo) e a prata, o cátodo (polo positivo). Isso ocorre porque o cobre tem maior potencial de oxidação do que a prata e a prata tem maior potencial de redução que o cobre.

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

A força eletromotriz de uma pilha depende de vários fatores, tais como:

  • Concentração: No início do funcionamento da pilha, a concentração de íons na solução é maior e, por isso, a capacidade da outra espécie química de doar elétrons é a máxima. Mas, com o tempo, a concentração desses íons vai diminuindo e a ddp diminui gradativamente;
  • Temperatura: A elevação da temperatura aumenta a velocidade das reações, provocando variações na ddp da pilha.

Devido a isso, decidiu-se determinar um potencial-padrão (ou normal, em 25°C, pressão de 1atm, e concentração de 1,0 mol/L) que é identificado pelo símbolo E0. A diferença de potencial de uma pilha nessas condições é representada por ΔE0.

O ΔE0 de uma pilha pode então ser calculado pelas seguintes expressões:

ΔE0 = E0red (maior) - E0 red (menor)

ΔE0 = E0oxi (maior) - E0 oxi (menor)

A IUPAC recomenda que se trabalhe preferencialmente com os potenciais de redução dos eletrodos, em vez dos potenciais de oxidação.

No caso da pilha de Daniell, o potencial de redução do zinco é – 0,76 e o potencial de redução do cobre é + 0,34. Assim, o valor da ddp dessa pilha será:

Zn2+(aq) + 2 e- ↔  Zn( s)                Ered = - 0,76 V

Cu2+(aq) + 2 e- ↔  Cu( s)                   Ered = + 0,34 V

ΔE0 = E0red (maior) - E0 red (menor)
ΔE0 = Ered Cu2+ - Ered Zn2+
ΔE0 = + 0,34 – (- 0,76)
ΔE0 = + 1,10 V

Esse é exatamente o valor apontado no voltímetro.

Os potenciais de redução e de oxidação de um elemento são numericamente iguais, apenas com o sinal oposto. Por exemplo, o potencial de redução do cobre, como já dito, é + 0,34, e seu potencial de oxidação é igual a – 0,34.

O ΔE0 de uma pilha será maior quanto maior for o potencial de redução do cátodo e maior o potencial de oxidação do ânodo.

Se compararmos a pilha de zinco-cobre (de Daniell) com a de cobre-prata, veremos que o ΔE0 da primeira pilha é maior, porque a diferença de potencial entre os eletrodos de zinco e de cobre é maior (1,10V) do que entre os eletrodos de cobre e de prata (0,46V):

Ag+(aq) + e- ↔  Ag( s)     Ered = + 0,80 V

Cu2+(aq) + 2 e- ↔  Cu( s)   Ered = + 0,34 V

ΔE0 = E0red (maior) - E0 red (menor)
ΔE0 = Ered Ag+- Ered Cu2+
ΔE0 = + 0,80 – 0,34
ΔE0 = + 0,46 V

Publicado por Jennifer Rocha Vargas Fogaça
Assista às nossas videoaulas

Artigos Relacionados

Eletrólise em Série
A eletrólise em série é feita ligando-se várias cubas eletrolíticas, sendo que todas são submetidas ao mesmo gerador.
História das pilhas
Médico italiano Luigi Galvani, descoberta das pilhas, ferro, cobre, diferença de potencial, fluxo de elétrons, passagem de corrente elétrica, metais presentes em obturações dentárias.
Pilhas alcalinas
As pilhas alcalinas são essencialmente aquelas que possuem uma base como eletrólito em vez de um ácido.
video icon
Professora ao lado do texto"Aposto".
Português
Aposto
Aposto é o nome que se dá ao elemento sintático que se junta a outro a título de explicação ou de apreciação. Assista a esta videoaula e aprenda um pouco mais sobre o emprego e a classificação desse termo acessório da oração.