A pilha é um dispositivo eletroquímico que desempenha um papel essencial em muitos aspectos do nosso cotidiano. Ela é um exemplo clássico de como as áreas do conhecimento podem estar conectadas com a química e a física. Com as pilhas podemos ver as ciências trabalhando juntas para fornecer energia portátil e confiável.
O trabalho de Alessandro Volta sobre a pilha voltaica foi publicado em torno de 1779. Ela era composta por discos alternados de zinco e cobre, separados por pedaços de tecido embebidos em uma solução salina. Essa disposição de metais e eletrólitos criava um fluxo de elétrons, permitindo que a energia química fosse convertida em energia elétrica.
Figura 1: Alessandro Volta e seu aparato de pilhas voltaicas. Ao lado esquerdo pode-se ver Alessandro Volta, um homem branco de cabelos brancos em uma clássica roupa formal de sua época. À direita, a representação de uma pilha formada por discos de metal, empilhados verticalmente. Os discos são de zinco e prata, alternados um após o outro. Eles estão conectados por fios metálicos ou conectores. No topo da pilha, há dois pontos de conexão, chamados de eletrodos. Um está conectado ao último disco de prata e o outro ao último disco de zinco.
A base do seu funcionamento está na reação eletroquímica que ocorre entre os materiais da pilha. No caso da pilha voltaica original, a reação ocorria entre o zinco e o cobre. O zinco perde elétrons (oxidação) e se dissocia em íons Zn 2 +, enquanto o cobre ganha elétrons (redução) e forma uma camada de cobre metálico.
Para que ocorra essa transferência de elétrons é preciso um material entre as placas que facilite a passagem dos íons. Este material era um tecido embebido com uma solução de ácido sulfúrico (H2SO4), ele servia de ponte ou eletrólito na pilha. Essa transferência de elétrons é essencial para a geração de corrente elétrica.
Figura 2 pilhas voltaicas. Uma foto real da pilha voltaica descrita na imagem anterior.
A diferença de potencial entre os materiais da pilha, conhecida como tensão, é medida em volts. Ela é criada pela diferença nas propriedades químicas dos materiais envolvidos na reação. A tensão é essencial para impulsionar o fluxo de elétrons através do circuito conectado à pilha.
A pilha voltaica de Volta foi um marco importante, mas as pilhas modernas evoluíram significativamente desde então. Hoje em dia, temos uma variedade de tipos de pilhas disponíveis, como pilhas alcalinas, pilhas de íons de lítio e pilhas de níquel-hidreto metálico. Cada uma dessas pilhas possui uma combinação específica de materiais e eletrólitos para otimizar o desempenho e a vida útil.
Figura 3: Funcionamento de uma pilha nos dias atuais. Na imagem pode-se ver a representação de uma pilha aberta e na vertical (corte vertical). Dentro da pilha há uma camada rosa encostada nas paredes discriminada como “ânodo (envoltório de zinco)”. Dentro desse envoltório, uma pasta amarela preenchendo quase toda a pilha, exceto a parte mais central descrita como “Pasta de MnO2, NH4Cl, ZnCl2 e carvão em pó”. Na parte central, há um cilindro cinza escuro descrito como “Cátodo (Barra de grafita)”.
Você deve estar se perguntando como funciona a pilha reversível?
Basicamente, da mesma forma que a pilha comum com um a diferença nos elementos químicos que compõem o tubo da bateria, que é feita com níquel cádmio, níquel metal hidreto ou íons de lítio. Assim, o sistema é “estimulado” depois que zera sua capacidade de produzir energia. Mas para que isso aconteça é necessário o uso de um carregador certo para que a pilha sofra o estímulo adequado.
Figura 4: Recarregador de pilhas
Essas pilhas desempenham um papel fundamental em nosso cotidiano. Elas estão presentes em inúmeros dispositivos, desde controles remotos e brinquedos até relógios e dispositivos eletrônicos portáteis. Além disso, as pilhas também são amplamente utilizadas em setores como transporte, telecomunicações e medicina, fornecendo energia confiável em locais onde a eletricidade não está prontamente disponível.
No entanto, é importante lembrar que as pilhas têm um impacto ambiental significativo devido aos materiais tóxicos que elas contêm. Portanto, é essencial descartá-las adequadamente em locais de reciclagem designados, a fim de evitar a contaminação do meio ambiente.
Em suma, a pilha é um exemplo fascinante de como as ciências podem se unir para fornecer energia elétrica portátil. Desde a primeira pilha voltaica inventada por Alessandro Volta, até as pilhas modernas que fazem parte do nosso cotidiano, elas desempenham um papel vital em nossa sociedade, impulsionando a tecnologia e oferecendo soluções de energia confiáveis.
