O objetivo desta postagem é apresentar uma pilha elétrica que utiliza um eletrólito incomum.
Escrito e desenvolvido por Léo Corradini
Teoria da pilha:
Tipicamente as pilhas mais populares mostradas utilizam uma solução de um ácido que aceleram o desgaste dos eletrodos além de não possuírem um despolarizante.
A função do despolarizante é eliminar a camada de hidrogênio que se forma no catodo (polo positivo) responsável pela redução do contato elétrico com o eletrólito e consequente perda de eficiência da pilha.
Nas pilhas comerciais, tanto alcalinas como nas Zinco/Carbono, o despolarizante por excelência é o Dióxido de Manganês.
Minha proposta é usar um despolarizante fácil de encontrar de muito baixa toxicidade e igualmente eficiente.
Então, desenvolvi a pilha com um eletrólito que usa o Cloreto de Sódio é o Peróxido de Hidrogênio.
O Cloreto de Sódio, sal de cozinha comum, vai produzir em meio aquoso os íons de Sódio e os íons Cloreto que são excelentes condutores de cargas elétricas que são essenciais para o funcionamento da pilha. Já o Peróxido de Hidrogênio, também conhecido como Água Oxigenada produzirá o oxigênio que vai combinar com o hidrogênio gerado no catodo para formar água e restaurar o contato elétrico com a solução eletrolítica.
Hipótese para o eletrólito:
Temos na solução quatro íons, H+, OH-, Na+ e Cl-. Quando colocamos os eletrodos de Zinco e Cobre na solução surge um potencial elétrico entre eles (~0,8V). O eletrodo de Zinco é oxidado em Zn++ e dois elétrons de cada átomo ficam disponíveis, então eles percorrerão o circuito do oscilador acenderão os LEDs e chegarão no eletrodo de Cobre. No eletrodo de Cobre, os elétrons reduzirão os íons H+ e produzirão o gás Hidrogênio que vai isolar eletricamente esse eletrodo da solução desligando a pilha. Porém, nesse momento, as moléculas de Peróxido de Hidrogênio (H2O2) liberam um átomo de Oxigênio que vão reagir com dois desses átomos de Hidrogênio recém formados. Assim, o gás Hidrogênio não é formado e o eletrodo de Cobre permanece ligado eletricamente na solução.
No entanto, a coisa é um pouco mais complicada. Acredito que, os íons de Sódio (Na+) recebem os elétrons no eletrodo de Cobre transformam-se no metal Sódio que imediatamente vão reagir com a molécula da água e formar o gás Hidrogênio e o íon hidroxila (OH-). Dois íons hidroxila vão reagir com o íon de Zinco (Zn++) e formar o precipitado de Hidróxido de Zinco (Zn(OH)2) que é insolúvel em água. Percebemos que durante o funcionamento da pilha, ocorre a formação de um precipitado branco que é forte evidência das reações descritas.
Montagem:
A pilha é composta por um catodo de Cobre e anodo de Zinco.
A fórmula do eletrólito é:
- 70 mL de água
- 1 g de Cloreto de Sódio
- 20 gotas de Água Oxigenada 10 volumes
Como se trata de uma pilha para fins didáticos, acrescentei um oscilador de bloqueio que eleva a tensão da pilha e permite acender um LED de qualquer cor com apenas uma única célula elétrica.
Oscilador de bloqueio:
Para mais detalhes sobre o funcionamento do oscilador de bloqueio veja a postagem #023 - Joule Thief neste Blog.
O transistor, resistor e LED são montados numa mini-protoboard.
O transformador:
A montagem do transformador não é crítica. Poderão ser usados diversos tamanhos de núcleo toroidal de ferrite. O número de espiras deve ser o suficiente para preencher o núcleo com uma única camada com tomada central ou bifilar.
Conclusão:
A pilha gera Óxido de Zinco insolúvel a medida que vai consumindo o anodo de Zinco e afeta muito pouco a eficiência do conjunto.
Quando o brilho do LED ficar fraco, basta colocar mais 20 gotas de Água Oxigenada 10V.
A expectativa e que o anodo de Zinco funcione por muitos dias.
Veja também:
Joule Thief
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