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 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 Hidróxido 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.
Bateria de Bagdá ou Pilha de Bagdá
Dois metais diferentes dentro de um eletrólito vão criar uma diferença de potencial, no caso do par cobre/ferro será em torno de 800mV (teórico). Então, ficamos tentados em achar que esse artefato antigo seja uma pilha primitiva ! Mas, tenho uma hipótese diferente sobre a Pilha de Bagdá ! Acredito que ela seja um dispositivo para uso médico no tratamento da anemia. É claro que os médicos da época não conheciam a bioquímica do nosso organismo e não tinham ideia do que são íons. Mas, não podemos subestimar a capacidade de observação deles. Assim, suspeito que tal dispositivo possa ser um gerador de medicamento para o tratamento da anemia causada pela falta de ferro. Como funciona, bastava colocar vinho ou vinagre dentro, selar e aguardar algum tempo. Depois de algum tempo, o ácido acético do vinagre ou do vinho (o vinho também tem um pouco de ácido acético e ácido tartárico) reagia com o ferro produzindo íons de ferro que inicialmente são do tipo ferrosos, os mais facilmente assimilados pelo organismo. O cobre tem duas finalidades, acelerar a reação do ferro com os ácidos do vinho e facilitar a absorção do ferro pelo organismo porque também são produzidos íons de cobre pelo artefato. A minha aposta é que o vinho era o eletrólito usado preferencialmente. Isso justifica a selagem do vasilhame porque a quantidade de ácido acético era bem menor que a do vinagre e necessitava de mais tempo para a formação dos íons.
Veja também:
Joule Thief
Mais um belo projeto do Corradini. Muito bem explicado, descrito e projetado, como sempre.
ResponderExcluirObrigado Gustavo !
Excluirestou montando uma
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