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Físico-Química
Pilha: o que é, como funciona e tipos
Carolina Batista
Professora de Química
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A
pilha
é um sistema onde ocorre a reação de oxirredução. Nesse dispositivo, a energia química produzida na reação espontânea é convertida em energia elétrica.
As reações de oxidação e redução ocorrem simultaneamente em uma pilha. Quando uma espécie sofre oxidação ela doa elétrons para a outra espécie que, ao recebê-los, sofre redução.
Portanto, quem sofre oxidação é o agente redutor e quem sofre redução é o agente oxidante.
A
oxidação
ocorre quando uma espécie perde elétrons e se transforma em um cátion: A → A
+
+ e
-
.
A
redução
ocorre quando uma espécie ganha elétrons e se torna eletricamente neutra: B
+
+ e
-
→ B.
Nas equações químicas, essa
transferência de elétrons
é demonstrada pela mudança do número de oxidação (nox).
As reações de oxirredução ocorrem no interior das pilhas e a corrente elétrica surge com a migração dos elétrons do polo negativo para o positivo.
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Como funciona uma pilha?
Uma
reação de oxirredução
genericamente pode ser representada pela equação:
A + B
+
→ A
+
+ B
Onde,
A: substância que sofre oxidação, perde elétrons, aumenta nox e é o agente redutor.
B: substância que sofre redução, ganha elétrons, diminui nox e é o agente oxidante.
Observe na imagem a seguir como esse processo pode ser representado.
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O sistema dividido em duas semicelas e formado por dois eletrodos metálicos conectados externamente por um fio condutor foi desenvolvido por John Frederic Daniell (1790-1845) em 1836.
A pilha é composta por dois eletrodos, conectados por um fio condutor, e um eletrólito, onde ficam os íons. O eletrodo é a superfície sólida condutora que possibilita a troca de elétrons.
Ânodo
: eletrodo no qual ocorre a oxidação. É também o polo negativo da pilha.
Cátodo
: eletrodo no qual ocorre a redução. É também o polo positivo da pilha.
Na imagem acima, o zinco metálico é o ânodo e sofre a oxidação. O cobre metálico é o cátodo e sofre redução. A migração dos elétrons (e-) ocorre do ânodo para o cátodo através do fio condutor.
As reações que ocorrem no sistema da imagem são:
Ânodo
(oxidação): Zn
(s)
→ Zn
2
(aq)
+ 2e
-
Cátodo
(redução): Cu
2+
(aq)
+ 2e
-
→ Cu
(s)
Equação geral
: Zn
(s)
+ Cu
2+
(aq)
→ Cu
(s)
+ Zn
2+
(aq)
O zinco é um metal com maior tendência de perder elétrons e, por isso, formam-se cátions na solução. O eletrodo de zinco começa a apresentar um desgaste e perda de massa porque o zinco é liberado na solução ao formar os cátions Zn
2+
.
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Os elétrons provenientes do ânodo chegam ao cátodo e os cátions do metal ao recebê-los transformam-se em cobre metálico, que se deposita no eletrodo e aumenta sua massa.
A ponte salina é uma corrente iônica responsável pela circulação de íons no sistema para mantê-lo eletricamente neutro.
Tipos de pilha
Em uma pilha, a tendência das espécies químicas receberem ou doarem elétrons é determinada pelo potencial de redução.
O componente com maior potencial de redução tende a sofrer redução, ou seja, ganhar elétrons. A espécie de menor potencial de redução e, consequentemente, maior potencial de oxidação, tende a transferir elétrons.
Por exemplo, na reação de oxirredução Zn
0
(s)
+ Cu
2+
(aq)
→ Cu
0
(s)
+ Zn
2+
(aq)
O zinco oxida e doa elétrons porque tem potencial de redução E
0
= -0,76V, menor que o potencial de redução do cobre E
0
= +0,34V e, por isso, este recebe elétrons e sofre redução.
Confira a seguir outros exemplos de pilhas.
Pilha de zinco e hidrogênio
Semirreação de oxidação: Zn
(s)
→ Zn
2+
+ 2e
-
(E
0
= -0,76V)
Semirreação de redução: 2H
+
(aq)
+ 2e
-
→ H
2(g)
(E
0
=0,00V)
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Equação global: Zn
(s)
+ 2H
+
(aq)
→ Zn
2+
(aq)
+ H
2(g)
Representação da pilha:
Pilha de cobre e hidrogênio
Semirreação de oxidação: H
2(g)
→ 2H
+
(aq)
+ 2e
-
(E
0
= 0,00V)
Semirreação de redução: Cu
2+
(aq)
+ 2e
-
→ Cu
(s)
(E
0
= +0,34V)
Equação global: Cu
2+
(aq)
+ H
2(g)
→ 2H
+
(aq)
+ Cu
(s)
Representação da pilha:
Para praticar:
Exercícios sobre pilhas (com gabarito resolvido)
Exercícios sobre ponte salina (com respostas explicadas)
Leia também:
Oxidação e redução: o que são, exemplos e exercícios
Eletroquímica: resumo, pilhas, eletrólise e exercícios
Eletrólise: o que é, os tipos (ígnea e aquosa) e suas aplicações
Referências Bibliográficas
FONSECA, M. R. M. Química, 2. 1. ed. São Paulo : Ática, 2013.
SANTOS, W.L.P; MOL, G.S. Química cidadã, 3. 2. ed. São Paulo: Editora AJS, 2013.
USBERCO, J. Conecte química, 2: química. - 2. ed. São Paulo: Saraiva, 2014.
Carolina Batista
Bacharela em Química Tecnológica e Industrial pela Universidade Federal de Alagoas (2018) e Técnica em Química pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco (2011).
Como citar?
BATISTA, Carolina
.
Pilha: o que é, como funciona e tipos.
Toda Matéria
,
[s.d.]
.  Disponível em: https://www.todamateria.com.br/pilha/. Acesso em:
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Eletroquímica
Exercícios sobre pilhas (com gabarito resolvido)
Oxidação e redução: o que são, exemplos e exercícios
Reações de oxirredução: o que são, exemplos e exercícios
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Número de oxidação (Nox): o que é, como calcular e exercícios
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