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Construção de uma pilha com diferença de potencial determinada

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Resumo do trabalho

Actividade prática laboratorial sobre a construção de uma pilha com diferença de potencial determinada, realizado no âmbito da disciplina de Química (12º ano).

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Introdução

Este trabalho laboratorial foi feito no âmbito da disciplina de química do 12º ano, após o leccionamento de conceitos que seriam necessários à realização do projecto.

Como principais objectivos temos:

• Identificar os constituintes de uma pilha electroquímica
• Prever a diferença de potencial de uma pilha electroquímica conhecendo os eléctrodos, teórica e experimentalmente;
• Encarnar o espírito de alguém que esta a fazer um projecto de investigação, Contornando imprevistos e procedendo a alterações no procedimentos, materiais, variáveis, sempre que for necessário;
• Construção de uma pilha que apresente 1,5V.

Regras/normas de segurança no laboratório

• Ter sempre presente que o laboratório é um local de trabalho sério e de risco potencial;
• Conservar as bancadas limpas e arrumadas, assim como o chão.
• Não obstruir os locais destinados à livre circulação;
• Trabalhar em pé;
• Usar sempre bata limpa e justa, calçado fechado e o cabelo, quando comprido, devidamente amarrado;
• Antes do início de qualquer trabalho laboratorial deve-se ter o cuidado de fazer uma preparação correcta, lendo os protocolos e assinalando todas as precauções a tomar;
• Lavar as mãos com frequência, durante e no fim do trabalho laboratorial, proteger as feridas expostas e evitar o manuseamento dos aparelhos eléctricos com as mãos húmidas;
• Antes do início de qualquer trabalho laboratorial deve-se ter o cuidado de fazer uma preparação correcta, lendo os protocolos e assinalando todas as precauções a tomar;
• No final do trabalho todo o equipamento e reagentes utilizados devem ser devidamente arrumados

A pilha de Volta

Após uma busca na internet, encontramos uma pilha que parecia ser fácil e interessante de fazer. A pilha de Volta. Alessandro Volta nasceu em 1745 em Camnago e morreu na mesma cidade em 1827. Volta realizou os seus primeiros estudos e as suas primeiras invenções na sua cidade natal, onde aos 29 anos foi indicado como director das escolas públicas.

Volta construiu a primeira pilha, no final de 1979. Esta consistia em dois pedaços de metal distintos (zinco e prata), separados por discos de papelão humedecidos com uma solução salina e ligados em série. Esta montagem foi chamada de célula galvânica e a combinação destas células formava uma pilha, cuja potência dependia do número de células que estavam conectadas.

Cálculo

Potencial padrão eléctrodos

Zinco

ΔEº (ligado ao eléctrodo padrão) = 0,760 V

ΔEº = Eº cátodo - Eº ânodo Û 0,760 = 0,00 - Eº ânodo ó Eº ânodo = - 0,760V

Cobre

ΔEº (ligado ao eléctrodo padrão) = 0,340V

0,340 = Eº cátodo – 0,00 Û Eº cátodo = 0,340 V

Potencial padrão da pilha

ΔEº 1 célula pilha = Eº cátodo - Eº ânodo Û

ΔEº 1 célula pilha = 0340 – (-0,760) Û

ΔEº 1 célula pilha = 1,10V

ΔEº 6 células da pilha = 6 x 1,1

Experiência 1

Materiais:

• 6 Placas de cobre 2cm x 2cm;
• 6 Placas de zinco 2cm x 2cm:
• Papel de cozinha resistente:
• Sumo de limão:
• 2 Palitos de madeira afiados nas duas pontas:
• Placa de 4 cm x 4 cm de esferovite:
• Folha de alumínio:
• 1 LED:
• 1 Voltímetro

Procedimento:

1. Recortar um rectângulo de papel de alumínio com as dimensões 3 cm x 1,7 cm
2. Recortar o papel de cozinha em 6 quadrados com dimensões de 1,7 cm x 1,7 cm
3. Espremer o sumo do limão para um gobelé
4. Cortar os palitos em 2
5. Colocar o rectângulo de alumínio em cima da placa de esferovite
6. Fixar os palitos na base de esferovite
7. Em cima do rectângulo de alumínio, colocar uma das placas de cobre
8. Embeber o quadrado de papel de cozinha no sumo de limão e coloca-lo em cima da placa de cobre
9. Colocar a placa de zinco por cima do papel de cozinha.
10. Repetir os últimos 3 passos de forma a formar uma sanduíche de 6 ou 8 andares.

Fig. 1: Pilha de Volta constituída por 6 células

Registo de Resultados:
Nº células/d.d.p.	Teórico	Experimental
1	1,10 V	0,00 V
6	6,6 V	0,00 V

Após a não obtenção de valores de diferencia de potencial na montagem atrás descrita, ponderamos sobre as possíveis causas e fizemos variar algumas variáveis, utilizando sempre o mesmo material.

Experiência 1 a)

Seguimos exactamente o mesmo procedimento, com excepção na colocação das placas de cobre e zinco. Estas, antes de serem colocadas na pilha de celulas, foram previamente mergulhadas no sumo de limão, com o intuito de aumentar a área de contacto entre os eléctrodos e o electrólito. Após esta ligeira modificação o voltímetro acusou, de forma instável, uma d.d.p. de aproximadamente 0,34 V

Fig. 2 d.d.p na pilha de Volta, experiencia 1 a)

Registo de Resultados:
Nº células/ d.d.p.	Teórico	Experimental
1	1,10 V	0,00 V
6	6,6 V	0,34 V

Experiência 2

Material:

• Sumo de limão
• 3 Gobelés
• 3 Placas de cobre e 3 de zinco
• 4 Crocodilos

Procedimento:

1. Distribuir o sumo de um limão por 3 gobelés.
2. Ligar uma das extremidades do crocodilo a uma placa de cobre. A outra extremidade liga-se ao voltímetro.
3. Ligar uma das extremidades de um outro crocodilo a uma placa de zinco e a outra a uma placa de cobre. Ligar um outro crocodilo de igual forma.
4. Ligar uma das extremidades de um quarto crocodilo à 3º placa de zinco. A outra extremidade liga-se ao voltímetro.
5. Mergulhar os pares placa de cobre/ zinco nos gobelés, concluindo assim o circuito.

Fig 3: d.d.p. apresentada na pilha da experiência 2

Fig 4: pilha de Volta construida na experiencia 2

Registo de Resultados:
Nº células/ d.d.p.	Teórico	Experimental
1	1,10 V	----
3	3,3 V	0,99V

Experiência 2 a)

Material:

• O mesmo utilizado na experiência 1
• 6 Gobelés
• 7 Crocodilos

Procedimento

O mesmo descrito na experiência 2 b), mas com a utilização de 6 gobelés, 6 placas de cobre e de zinco e 7 crocodilos

Fig 5 e 6: Circuito montado. Pilha de Volta e d.d.p

Registo de Resultados:
Nº células/ d.d.p.	Teórico	Experimental
1	1,10 V	----
6	6,6 V	2,46 V

Análise de Resultados/ Conclusão

Inicialmente pensamos construir uma pilha de Volta seguindo o procedimento que encontramos num site e depois liga-la a um LED.

Concluída a montagem, ligamos o voltímetro à nossa pilha. Este não acusou qualquer d.d.p. De entre as possíveis causas destacamos as seguintes:

• Más condições do material utilizado, nomeadamente das placas de zinco e cobre;
• Mau contacto entre as placas de zinco e cobre (eléctrodos) e o sumo de limão (eletrólito):
• Existência de bolhas de ar;
• Substituição de placa de poliestireno por esferovite, podendo isto diminuir o isolamento;
• Imperfeição do voltímetro;
• Erros no manuseamento do material

Após o 1º fracasso fizemos algumas alterações (Experiências 1 a) e 2 a)). Nestas, o voltímetro acusou de forma instável alguma d.d.p. Mas nunca, aquela que era suposto apresentar de acordo com os cálculos teóricos.

Numa 4º tentativa, mantivemos os materiais, variamos o procedimento e finalmente alcançamos a d.d.p pretendida. A solução encontrada foi montar um circuito em serie, utilizando 6 gobelés e 7 crocodilos. A nossa pilha final continha então 6 células e apresentou um potencial de 2.46 V. um valor muito inferior ao esperado de acordo com os cálculos teóricos (6,6 V).

De entre as possíveis causas para essa discrepância destacamos:

• Perdas de energia sob a forma de corrente;
• Proximidade dos eléctrodos utilizados na tabela periódica;
• Mau contacto entre os eléctrodos e o electrólito;
• Más condições do material usado (ex: o zinco e o cobre poderiam já ter estado em contacto com outras substancias)

Após a realização deste trabalho, pudemos concluir que a elaboração e a concretização de um projecto não é assim tão limiar. É necessário perceber o que estamos a fazer e ter a capacidade de contornar imprevistos, elaborar hipóteses, testá-las e acima de tudo nunca desistir.

264 Visualizações 13/11/2019

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