- Estrutura de célula seca
- Eletrodos
- Terminais
- Areia e cera
- Funcionamento
- Oxidação de eletrodo de zinco
- Redução de cloreto de amônio
- Baixar
- Referências
Uma célula seca é uma bateria cujo meio eletrolítico consiste em uma pasta e não em uma solução. A referida pasta, no entanto, apresenta um certo nível de umidade e, por isso, não é estritamente seca.
A pouca quantidade de água é suficiente para que os íons se movam e, consequentemente, o fluxo de elétrons para dentro da célula.
Fonte: Emilian Robert Vicol via Flickr.
Sua enorme vantagem sobre as primeiras baterias úmidas é que, por ser uma pasta eletrolítica, seu conteúdo não pode ser derramado; o que acontecia com as baterias úmidas, que eram mais perigosas e delicadas do que as baterias secas. Dada a impossibilidade de derramamento, a célula seca encontra uso em muitos dispositivos portáteis e móveis.
Na imagem superior, há uma bateria seca de zinco-carbono. Mais exatamente, é uma versão moderna da pilha de Georges Leclanché. De todos, é o mais comum e talvez o mais simples.
Esses dispositivos representam uma conveniência energética pelo fato de possuírem energia química na bolsa que pode ser transformada em eletricidade; e, desta forma, não dependendo de tomadas ou da energia fornecida por grandes usinas e sua vasta rede de torres e cabos.
Estrutura de célula seca
Qual é a estrutura de uma célula seca? Na imagem você pode ver sua capa, que nada mais é do que um filme polimérico, aço e os dois terminais cujas arruelas isolantes se projetam na frente.
No entanto, esta é apenas sua aparência externa; No seu interior encontram-se as suas partes mais importantes, que garantem o seu bom funcionamento.
Cada célula seca terá suas próprias características, mas apenas a célula de zinco-carbono será considerada, da qual uma estrutura geral pode ser delineada para todas as outras baterias.
Entende-se por bateria a união de duas ou mais baterias, sendo estas células voltaicas, conforme será explicado em seção futura.
Eletrodos
Fonte: Wikipedia
A imagem superior mostra a estrutura interna de uma bateria de zinco-carbono. Não importa qual seja a célula voltaica, sempre deve haver (normalmente) dois eletrodos: um do qual os elétrons são emitidos e o outro que os recebe.
Os eletrodos são materiais eletricamente condutores e, para que haja corrente, ambos devem ter eletronegatividades diferentes.
Por exemplo, o zinco, uma lata branca que envolve a bateria, é de onde os elétrons saem para o circuito elétrico (dispositivo) onde é conectado.
Por outro lado, em todo o meio está o eletrodo de carbono grafítico; também imerso em uma pasta composta por NH 4 Cl, ZnCl 2 e MnO 2.
Este eletrodo é o que recebe os elétrons, e note que ele possui o símbolo '+', o que significa que é o terminal positivo da bateria.
Terminais
Como visto acima da haste de grafite na imagem, existe o terminal elétrico positivo; e abaixo, o zinco interno pode de onde fluem os elétrons, o terminal negativo.
É por isso que as baterias são marcadas com '+' ou '-' para indicar a maneira correta de conectá-las ao dispositivo e, assim, permitir que ele ligue.
Areia e cera
Embora não mostrada, a pasta é protegida por uma areia amortecedora e um lacre de cera que evita que ela respingue ou entre em contato com o aço sob pequenos impactos mecânicos ou agitação.
Funcionamento
Como funciona uma célula seca? Para começar, é uma célula voltaica, ou seja, gera eletricidade a partir de reações químicas. Portanto, dentro das células ocorrem reações redox, onde as espécies ganham ou perdem elétrons.
Os eletrodos funcionam como uma superfície que facilita e permite o desenvolvimento dessas reações. Dependendo de suas cargas, pode ocorrer oxidação ou redução das espécies.
Para melhor entender isso, apenas os aspectos químicos da bateria de zinco-carbono serão explicados.
Oxidação de eletrodo de zinco
Assim que o dispositivo eletrônico é ligado, a bateria libera elétrons oxidando o eletrodo de zinco. Isso pode ser representado pela seguinte equação química:
Zn => Zn 2+ + 2e -
Se houver muito Zn 2+ ao redor do metal, ocorrerá um enviesamento de carga positiva, portanto, não haverá mais oxidação. Portanto, o Zn 2+ deve se difundir através da pasta em direção ao cátodo, onde os elétrons voltarão.
Assim que os elétrons ativam o artefato, eles voltam para o outro eletrodo: o de grafite, para encontrar algumas espécies químicas “esperando” por ele.
Redução de cloreto de amônio
Como mencionado anteriormente, existem NH 4 Cl e MnO 2 na massa, substâncias que tornam seu pH ácido. Assim que os elétrons entram, as seguintes reações ocorrerão:
2NH 4 + + 2e - => 2NH 3 + H 2
Os dois produtos, amônia e hidrogênio molecular, NH 3 e H 2, são gases e, portanto, podem "inchar" a bateria se não sofrerem outras transformações; como os dois seguintes:
Zn 2+ + 4NH 3 => 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2MnO (OH)
Observe que a amônia foi reduzida (ganhou elétrons) para se tornar NH 3. Esses gases foram então neutralizados pelos outros componentes da pasta.
O complexo 2+ facilita a difusão dos íons Zn 2+ em direção ao cátodo e, portanto, evita que a célula “pare”.
O circuito externo do dispositivo funciona como uma ponte para os elétrons; caso contrário, nunca haveria uma conexão direta entre a lata de zinco e o eletrodo de grafite. Na imagem da estrutura, esse circuito representaria o cabo preto.
Baixar
As células secas vêm em muitas variantes, tamanhos e tensões de trabalho. Alguns deles não são recarregáveis (células voltaicas primárias), enquanto outros são (células voltaicas secundárias).
A bateria de zinco-carbono tem uma voltagem de trabalho de 1,5V. Suas formas mudam com base em seus eletrodos e na composição de seus eletrólitos.
Chegará um ponto em que todo o eletrólito terá reagido e, por mais que o zinco se oxide, nenhuma espécie receberá os elétrons e promoverá sua liberação.
Além disso, pode ser o caso em que os gases formados não são mais neutralizados e permanecem exercendo pressão no interior das células.
As baterias de zinco-carbono e outras baterias que não são recarregáveis devem ser recicladas; uma vez que seus componentes, principalmente componentes de níquel-cádmio, são prejudiciais ao meio ambiente por poluir solos e águas.
Referências
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
- A bateria "célula seca". Recuperado de: makahiki.kcc.hawaii.edu
- Hoffman S. (10 de dezembro de 2014). O que é uma bateria de célula seca? Recuperado de: upsbatterycenter.com
- Weed, Geoffrey. (24 de abril de 2017). Como funcionam as baterias de célula seca? Ciência. Recuperado de: sciencing.com
- Woodford, Chris. (2016) Baterias. Recuperado de: explainthatstuff.com.