- Componentes de bateria alcalina
- Eletrólitos básicos
- Funcionamento
- Pilhas recarregáveis
- Formulários
- Referências
A bateria alcalina é uma bateria em que o pH de sua composição eletrolítica é básico. Esta é a principal diferença entre esta bateria e muitas outras onde seus eletrólitos são ácidos; como é o caso das baterias de zinco-carbono que usam sais NH 4 Cl, ou mesmo ácido sulfúrico concentrado nas baterias de automóveis.
É também uma célula seca, já que os eletrólitos básicos têm a forma de uma pasta com baixo percentual de umidade; mas o suficiente para permitir uma migração dos íons que participam das reações químicas em direção aos eletrodos e, assim, completar o circuito eletrônico.
Fonte: Mike Mozart via Flickr.
Na foto acima está uma bateria Duracell de 9V, um dos exemplos mais conhecidos de baterias alcalinas. Quanto maior for a bateria, maior será sua vida útil e capacidade de trabalho (especialmente se forem usadas para aparelhos que consomem muita energia). Para eletrodomésticos pequenos, você tem pilhas AA e AAA.
Outra diferença, além do pH de sua composição eletrolítica, é que, recarregáveis ou não, geralmente duram mais que as baterias ácidas.
Componentes de bateria alcalina
Na bateria de zinco-carbono, há dois eletrodos: um de zinco e outro de carbono grafítico. Em sua "versão básica", um dos eletrodos, em vez de grafite, consiste em óxido de manganês (IV), MnO 2 misturado com grafite.
A superfície de ambos os eletrodos está sendo consumida e coberta pelos sólidos resultantes das reações.
Fonte: Leadholder, do Wikimedia Commons
Além disso, em vez de uma lata com superfície de zinco homogênea como recipiente da célula, há uma série de discos compactos (imagem superior).
No centro de todos os discos encontra-se uma haste de MnO 2, na extremidade superior da qual uma arruela isolante se projeta e marca o terminal positivo (cátodo) da bateria.
Observe que os discos são recobertos por uma camada porosa e outra metálica; o último também pode ser um filme plástico fino.
A base da célula é o terminal negativo, onde o zinco se oxida e libera os elétrons; mas estes precisam de um circuito externo para alcançar o topo da bateria, seu terminal positivo.
A superfície do zinco não é lisa, como é o caso das células de Leclanché, mas rugosa; ou seja, eles têm muitos poros e uma grande área de superfície que aumentam a atividade da bateria.
Eletrólitos básicos
A forma e a estrutura das baterias mudam de acordo com o tipo e o design. Entretanto, todas as baterias alcalinas têm em comum um pH básico de sua composição eletrolítica, que se deve à adição de NaOH ou KOH à mistura pastosa.
Na verdade, são os íons OH - aqueles que participam das reações responsáveis pela energia elétrica fornecida por esses objetos.
Funcionamento
Quando a bateria alcalina é conectada ao aparelho e ligada, o zinco reage imediatamente com o OH - da pasta:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
Os 2 elétrons liberados pela oxidação do zinco viajam para o circuito externo, onde são responsáveis por iniciar o mecanismo eletrônico do aparelho.
Em seguida, eles voltam para a bateria pelo terminal positivo (+), o cátodo; isto é, eles viajam através do eletrodo MnO 2 -grafita. Como a massa possui certa umidade, ocorre a seguinte reação:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
Agora o MnO 2 é reduzido ou ganha os elétrons do Zn. É por isso que esse terminal corresponde ao cátodo, que é onde ocorre a redução.
Observe que o OH - é regenerado ao final do ciclo para reiniciar a oxidação do Zn; em outras palavras, eles se difundem no meio da pasta até entrarem em contato novamente com o zinco em pó.
Da mesma forma, os produtos gasosos não são formados, como ocorre com a célula de zinco-carbono onde NH 3 e H 2 são gerados.
Chegará um ponto em que toda a superfície do eletrodo será recoberta pelos sólidos de Zn (OH) 2 e MnO (OH), encerrando a vida útil da bateria.
Pilhas recarregáveis
A bateria alcalina descrita não é recarregável, portanto, uma vez que esteja “morta”, não há como usá-la novamente. Este não é o caso dos recarregáveis, que se caracterizam por apresentar reações reversíveis.
Para reverter os produtos em reagentes, uma corrente elétrica deve ser aplicada na direção oposta (não de ânodo para cátodo, mas de cátodo para ânodo).
Um exemplo de bateria alcalina recarregável é NiMH. Ele consiste em um ânodo NiOOH, que perde elétrons para o cátodo de hidreto de níquel. Quando a bateria é usada, ela se descarrega, e é daí que vem a conhecida frase "carregue a bateria".
Assim, pode ser recarregado centenas de vezes, conforme necessário; entretanto, o tempo não pode ser completamente revertido e as condições originais alcançadas (o que não seria natural).
Além disso, não pode ser recarregado de forma arbitrária: as diretrizes recomendadas pelo fabricante devem ser seguidas.
É por isso que, mais cedo ou mais tarde, essas baterias também morrem e perdem sua eficácia. Porém, tem a vantagem de não ser descartável rapidamente, contribuindo menos para a contaminação.
Outras baterias recarregáveis são baterias de níquel-cádmio e lítio.
Formulários
Fonte: Pxhere.
Algumas variantes de pilhas alcalinas são tão pequenas que podem ser usadas em relógios, controles remotos, relógios, rádios, brinquedos, computadores, consoles, lanternas, etc. Outros são maiores do que uma estatueta de um clone de Star Wars.
Na verdade, são essas no mercado que predominam sobre outros tipos de pilhas (pelo menos para uso doméstico). Elas duram mais e geram mais eletricidade do que as baterias Leclanché convencionais.
Embora a bateria de zinco-manganês não contenha substâncias tóxicas, outras baterias, por exemplo as de mercúrio, abrem um debate sobre seu possível impacto no meio ambiente.
Por outro lado, as baterias alcalinas funcionam muito bem em uma ampla gama de temperaturas; Podem até funcionar abaixo de 0 ° C, por isso são uma boa fonte de energia elétrica para os aparelhos que estão rodeados de gelo.
Referências
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
- Bobby. (10 de maio de 2014). Saiba mais sobre as baterias alcalinas mais confiáveis. Recuperado de: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018). Perguntas mais frequentes: ciência. Recuperado de: duracell.mx
- Boyer, Timothy. (19 de abril de 2018). Qual é a diferença entre baterias alcalinas e não alcalinas? Ciência. Recuperado de: sciencing.com
- Michael W. Davidson e The Florida State University. (2018). A bateria alcalina de manganês. Recuperado de: micro.magnet.fsu.edu