Pilha: o que é, como funciona e tipos

Carolina Batista
Carolina Batista
Professora de Química

A pilha é um sistema onde ocorre a reação de oxirredução. Nesse dispositivo, a energia química produzida na reação espontânea é convertida em energia elétrica.

As reações de oxidação e redução ocorrem simultaneamente em uma pilha. Quando uma espécie sofre oxidação ela doa elétrons para a outra espécie que, ao recebê-los, sofre redução.

Portanto, quem sofre oxidação é o agente redutor e quem sofre redução é o agente oxidante.

A oxidação ocorre quando uma espécie perde elétrons e se transforma em um cátion: A → A+ + e-.

A redução ocorre quando uma espécie ganha elétrons e se torna eletricamente neutra: B+ + e- → B.

Nas equações químicas, essa transferência de elétrons é demonstrada pela mudança do número de oxidação (nox).

As reações de oxirredução ocorrem no interior das pilhas e a corrente elétrica surge com a migração dos elétrons do polo negativo para o positivo.

Pilhas

Como funciona uma pilha?

Uma reação de oxirredução genericamente pode ser representada pela equação:

A + B+ → A+ + B

Onde,

A: substância que sofre oxidação, perde elétrons, aumenta nox e é o agente redutor.
B: substância que sofre redução, ganha elétrons, diminui nox e é o agente oxidante.

Observe na imagem a seguir como esse processo pode ser representado.

Representação pilha

O sistema dividido em duas semicelas e formado por dois eletrodos metálicos conectados externamente por um fio condutor foi desenvolvido por John Frederic Daniell (1790-1845) em 1836.

A pilha é composta por dois eletrodos, conectados por um fio condutor, e um eletrólito, onde ficam os íons. O eletrodo é a superfície sólida condutora que possibilita a troca de elétrons.

Ânodo: eletrodo no qual ocorre a oxidação. É também o polo negativo da pilha.
Cátodo: eletrodo no qual ocorre a redução. É também o polo positivo da pilha.

Na imagem acima, o zinco metálico é o ânodo e sofre a oxidação. O cobre metálico é o cátodo e sofre redução. A migração dos elétrons (e-) ocorre do ânodo para o cátodo através do fio condutor.

As reações que ocorrem no sistema da imagem são:

  • Ânodo (oxidação): Zn(s) → Zn2(aq) + 2e-
  • Cátodo (redução): Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)
  • Equação geral: Zn(s) + Cu2+(aq) → Cu(s) + Zn2+(aq)

O zinco é um metal com maior tendência de perder elétrons e, por isso, formam-se cátions na solução. O eletrodo de zinco começa a apresentar um desgaste e perda de massa porque o zinco é liberado na solução ao formar os cátions Zn2+.

Os elétrons provenientes do ânodo chegam ao cátodo e os cátions do metal ao recebê-los transformam-se em cobre metálico, que se deposita no eletrodo e aumenta sua massa.

A ponte salina é uma corrente iônica responsável pela circulação de íons no sistema para mantê-lo eletricamente neutro.

Leia também sobre número de oxidação (nox).

Tipos de pilha

Em uma pilha, a tendência das espécies químicas receberem ou doarem elétrons é determinada pelo potencial de redução.

O componente com maior potencial de redução tende a sofrer redução, ou seja, ganhar elétrons. A espécie de menor potencial de redução e, consequentemente, maior potencial de oxidação, tende a transferir elétrons.

Por exemplo, na reação de oxirredução Zn0(s) + Cu2+(aq) → Cu0(s) + Zn2+(aq)

O zinco oxida e doa elétrons porque tem potencial de redução E0 = -0,76V, menor que o potencial de redução do cobre E0 = +0,34V e, por isso, este recebe elétrons e sofre redução.

Confira a seguir outros exemplos de pilhas.

Pilha de zinco e hidrogênio

Semirreação de oxidação: Zn(s) → Zn2+ + 2e- (E0 = -0,76V)

Semirreação de redução: 2H+(aq) + 2e- → H2(g) (E0 =0,00V)

Equação global: Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)

Representação da pilha: Zn com abre parênteses s fecha parênteses subscrito fim do subscrito I espaço Zn com abre parênteses aq fecha parênteses subscrito fim do subscrito à potência de 2 plus sign espaço paralelo H com abre parênteses aq fecha parênteses subscrito fim do subscrito à potência de plus sign I espaço H com 2 abre parênteses g fecha parênteses subscrito fim do subscrito com espaço em branco sobrescrito espaço I espaço Pt com abre parênteses s fecha parênteses subscrito fim do subscrito

Pilha de cobre e hidrogênio

Semirreação de oxidação: H2(g) → 2H+(aq) + 2e- (E0 = 0,00V)

Semirreação de redução: Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) (E0 = +0,34V)

Equação global: Cu2+(aq) + H2(g) → 2H+(aq) + Cu(s)

Representação da pilha: Pt com abre parênteses s fecha parênteses subscrito fim do subscrito I espaço H com 2 abre parênteses g fecha parênteses subscrito fim do subscrito com espaço em branco sobrescrito I espaço H com abre parênteses aq fecha parênteses subscrito fim do subscrito à potência de plus sign espaço paralelo espaço Cu com abre parênteses aq fecha parênteses subscrito fim do subscrito à potência de 2 plus sign I Cu com abre parênteses s fecha parênteses subscrito fim do subscrito

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Referências Bibliográficas

FONSECA, M. R. M. Química, 2. 1. ed. São Paulo : Ática, 2013.

SANTOS, W.L.P; MOL, G.S. Química cidadã, 3. 2. ed. São Paulo: Editora AJS, 2013.

USBERCO, J. Conecte química, 2: química. - 2. ed. São Paulo: Saraiva, 2014.

Carolina Batista
Carolina Batista
Bacharela em Química Tecnológica e Industrial pela Universidade Federal de Alagoas (2018) e Técnica em Química pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco (2011).
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