terça-feira, 11 de maio de 2010

Pilhas Electroquímicas à Prova na Mostra do Ensino Superior, Secundário e Profissional

Este projecto, cujo desenvolvimento foi exposto ao longo do ano lectivo neste blog, esteve presente na Mostra do Ensino Superior, Secundário e Profissional de Almada 2010, através da exposição de um cartaz com o título de “Pilhas Electroquímicas”, elaborado pelo mesmo grupo de trabalho responsável pelo blog.
Esta mostra realizou-se de dia 5 a 8 de Maio em três espaços próximos entre si: Fórum Municipal Romeu Correia, Oficina da Cultura (onde esteve presente o nosso cartaz) e na Praça da Liberdade. É uma iniciativa que se apresenta “como um espaço de conhecimento, de oportunidades, de partilha de experiências e de aproximação dos cidadãos às Escola do Concelho de Almada” (António Matos, o Vereador dos Serviços Municipais de Acção Sociocultural, Desporto, Turismo e Informação in programa da Mostra de Ensino 2010).


Cartaz do projecto


Cartaz exposto na Mostra de Ensino 2010

Comparação sobre as Pilhas Electroquímicas Realizadas

          Para a comparação das diferentes Pilhas Electroquímicas ser mais fácil, foi elaborada uma tabela com os valores médios da corrente eléctrica produzida por estas, nas três unidades estudadas: diferença de potencial, intensidade e resistência. As duas primeiras unidades foram medidas directamente, com recurso aos medidores adequados (voltímetro e amperímetro), e a terceira foi calculada a partir da fórmula U = R I .



        Através da tabela comparativa, podemos comparar os valores obtidos para a corrente eléctrica de todas as pilhas elaboradas e tirar conclusões sobre estas. Pode-se ainda estabelecer as seguintes relações:






               
Em relação à diferença de potencial a pilha electroquímica que alcançou os valores mais baixos foi a Pilha de Concentração (0,05 V), quer a que tem por reagente as soluções de Magnésio quer a que tem por reagente as soluções de Cobre. Os baixos valores de diferença de potencial significam que existe uma pequena força impulsionadora para movimentar os electrões, o que é explicado pela pequena diferença dos potenciais de redução nas duas soluções, já que estas são da mesma substância (os eléctrodos são iguais e os electrólitos apenas diferem na concentração). Já a diferença de potencial mais alta foi atingida pela Pilha Electroquímica de Limão (2,34 V), o que é justificável pela acidez do limão, que favorece as reacções de redox. Esta pilha parecia que produzia uma corrente eléctrica capaz de acender uma lâmpada de 1,5 V, o que não se verificou experimentalmente devido à sua baixa intensidade e alta resistência eléctrica.
A intensidade de corrente avalia a quantidade de carga eléctrica que passa por unidade de tempo no sistema eléctrico, pelo que esta unidade é fundamental para ser possível ligar pequenos aparelhos, como lâmpadas de 1,5 V. A intensidade é condicionada pela resistência do sistema eléctrico, que é a capacidade do corpo se opor à passagem da corrente. Assim, a resistência e a intensidade são grandezas inversamente proporcionais.
A pilha que alcançou a menor intensidade de corrente e a maior resistência foi também a Pilha de Concentração, pelas mesmas razões que teve uma baixa diferença de potencial. Já a pilha electroquímica que alcançou a maior Intensidade foi a Pilha de Daniell, uma vez que a resistência eléctrica foi também muito baixa. Por sua vez, este valor é justificável pelo elevado rendimento dos materiais utilizados.
Com esta tabela comparativa, pode-se observar que a pilha electroquímica de banana produziu uma corrente eléctrica com valores menores de diferença de potencial e de intensidade, o que é devido à banana ser um fruto com menor quantidade de água, facilitadora do movimento dos electrões, e menos ácido.
Respondendo ao problema a investigar, colocado aquando da planificação geral do projecto, (“Qual das pilhas electroquímicas de fácil construção é mais eficiente, tendo em conta a produção de energia eléctrica?”) podemos concluir que a resposta poderá ser a pilha de Daniell adaptada aos princípios da pilha de Temperatura, cátodo de cobre aquecido a 50ºC. Esta permitiu obter resultados dentro dos valores previstos para todas as unidades estudadas, obtendo resultados dos mais altos para, o que não permite acender uma lâmpada de 1,5 V.

quinta-feira, 18 de março de 2010

Conclusão da Pilha Electroquímica de Daniell adaptada para maior eficiência com Princípios da Pilha de Temperatura

Cátodo de Cobre aquecido a 50ºC:


Ânodo de Magnésio aquecido a 50ºC:



Era previsível que ao se reforçar a tendência para o ânodo de magnésio se oxidar, a diferença de potencial aumentasse mais do que se aquecesse o cátodo de cobre, pois nesse caso estaríamos a contrariar a sua tendência para se reduzir, o que acabaria por diminuir a diferença de potencial da pilha. Contudo, tal não se verificou experimentalmente, pois os valores relativos à diferença de potencial não se alteraram de forma muito significativa nas duas pilhas “melhoradas” (nem sequer em relação à pilha de Daniell), se desconsiderarmos a pilha obtida com Sulfato de Magnésio a 1 mol dm-3 a temperatura ambiente com Sulfato de Cobre a 0,1 mol dm-3 a 50ºC. Esta pilha obteve 0, 9 V de d.d.p., o que é bastante estranho se considerarmos que nenhuma das pilhas desta actividade experimental obteve um valor tão alto (nem sequer lá perto). Pode-se considerar este valor como um erro experimental. 

segunda-feira, 15 de março de 2010

Pilha de Daniell adaptada com prinípios da Pilha de Temperatura - conclusão

Cátodo de Cobre aquecido a 50º C:



Ânodo de Magnésio aquecido a 50º C:



Era previsível que ao se reforçar a tendência para o ânodo de magnésio se oxidar, a diferença de potencial aumentasse mais do que se aquecesse o cátodo de cobre, pois nesse caso estaríamos a contrariar a sua tendência para se reduzir, o que acabaria por diminuir a diferença de potencial da pilha. Contudo, tal não se verificou experimentalmente, pois os valores relativos à diferença de potencial não se alteraram de forma muito significativa nas duas pilhas “melhoradas” (nem sequer em relação à pilha de Daniell), se desconsiderarmos a pilha obtida com Sulfato de Magnésio a 1 mol dm-3 a temperatura ambiente com Sulfato de Cobre a 0,1 mol dm-3 a 50ºC (obteve-se 0,9 V, o que é bastante estranho, tendo em conta os restantes valores obtidos). 

domingo, 14 de março de 2010

Pilha de Daniell adaptada com princípios da Pilha de Temperatura - procedimento

Com os conhecimentos adquiridos vamos tentar melhorar a corrente eléctrica produzida pela pilha de Daniell, adaptando-a com a influência da temperatura nos electrólitos (e consequentemente nos eléctrodos). Como a temperatura não é um dos principais factores de influência dos potenciais de eléctrodo, o cátodo e o ânodo são os mesmos da Pilha de Daniell (ver post sobre a Pilha de Daniell).



Materiais:

  • 8 copos de precipitação de 25 mL;
  • Fios eléctricos (2 deles com crocodilos nas extremidades);
  • Termómetro;
  • Placa de Aquecimento;
  • Voltímetro;
  • Amperímetro.

Reagentes:
  • Sulfato de Cobre (1 mol/dm3 e 0,1 mol/dm3);
  • Placa de Cobre;
  • Sulfato de Magnésio (1 mol/dm3 e 0,1 mol/dm3);
  • Fita de Magnésio;
  • Ponte Salina.


1ª Parte

Procedimento:
  1. Colocar sensivelmente 25mL de solução de sulfato de cobre a 1 mol/dm3 num copo de precipitação e 25 mL de solução de sulfato de magnésio a 1 mol/dm3 noutro copo de precipitação;
  2. Aquecer a solução de sulfato de cobre até sensivelmente 50ºC;
  3. Registar a temperatura do outro electrólito;
  4. Colocar o fio de magnésio e a placa de cobre no copo de precipitação com a solução do sal correspondente;
  5. Utilizando um fio eléctrico com crocodilos nas extremidades unir o voltímetro ao eléctrodo de cobre;
  6. Com outro fio unir o voltímetro ao eléctrodo de magnésio;
  7. Colocar a ponte salina, verificando que as suas extremidades estão mergulhadas em ambas as soluções;
  8. Registar o valor da diferença de potencial;
  9. Substituir o voltímetro por um amperímetro;
  10. Registar o valor da intensidade da corrente;
  11. Repetir os procedimentos para as seguintes combinações de electrólitos: sulfato de cobre a 1 mol/dm3 com sulfato de magnésio a 0,1 mol/dm3; sulfato de cobre a 0,1 mol/dm3 com sulfato de magnésio a 1 mol/dm3 e sulfato de cobre com sulfato de magnésio, ambos a 0,1 mol/dm3, aquecendo sempre a solução de sulfato de cobre.

2ª Parte

Procedimento 
Repetir o procedimento da 2ª parte, mas aquecer as soluções de sulfato de magnésio em vez das soluções de sulfato de cobre.



Conclusões da Experiência de construção da Pilha de Temperatura





Em todas as pilhas realizadas verificou-se que a corrente eléctrica produzida tinha uma pequeníssima diferença de potencial e intensidade. Tal significa que o desequilíbrio provocado no sistema químico (alteração de temperatura), não aumentou de forma significativa o potencial de um eléctrodo para se oxidar em relação ao outro. Nalguns casos a intensidade era tão pequena que não era medida pelos aparelhos (tanto pelo amperímetro analógico como pelo multímetro digital).

As pilhas que demonstraram ter mais eficiência (a corrente eléctrica produzida teve maior diferença de potencial, maior intensidade e menor eficiência) foram as pilhas de magnésio, nomeadamente a pilha que mais resistência verificou foi a que utilizava Magnésio a 0,1 mol dm-3 nos dois electrólitos, sendo que um foi aquecido a 48ºC (ânodo) e o outro estava à temperatura ambiente (cátodo). 

 Já as que foram menos eficientes foram as pilhas de cobre, verificando-se a produção de uma corrente eléctrica com uma diferença de potencial muito pequena e com uma Intensidade quase nula.

Pode-se concluir que a temperatura não é um dos principais factores que influencia os potenciais dos eléctrodos, pois não causa um desequilíbrio suficientemente grande.

Material e Procedimento da Pilha Electroquímica de Temperatura

Materiais:
  • 4 copos de precipitação de 25 mL;
  • Fios eléctricos (2 deles com crocodilos nas extremidades);
  • Termómetro;
  • Placa de Aquecimento;
  • Voltímetro;
  • Amperímetro.

Reagentes:
  • Fita de Magnésio;
  • Sulfato de Magnésio (1 mol/dm3 e 0,1 mol/dm3);
  • Placa de Cobre;
  • Sulfato de Cobre (1 mol/dm3 e 0,1 mol/dm3);
  • Ponte salina.

Procedimento:
  1. Colocar sensivelmente 25mL de solução de sulfato de cobre a 1 mol/dm3 num copo de precipitação e a mesma quantidade noutro copo de precipitação.
  2. Aquecer uma das soluções até esta atingir sensivelmente 50ºC;
  3. Medir a temperatura da solução que se encontra à temperatura ambiente;
  4. Colocar uma placa de cobre dentro de cada copo de precipitação;
  5. Utilizando um fio eléctrico com crocodilos nas extremidades unir o voltímetro aos eléctrodo de cobre;
  6. Colocar a ponte salina, verificando que as suas extremidades estão mergulhadas em ambas as soluções;
  7. Registar o valor da diferença de potencial;
  8. Substituir o voltímetro por um amperímetro;
  9. Registar o valor da intensidade da corrente;
  10. Repetir o procedimento para a solução de sulfato de cobre a 0,1 mol/dm3 e para as soluções de sulfato de magnésio a 1 mol/dm3 e a 0,1 mol/dm3.