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Guias e Dicas
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Lista de problemas resolvido de química inorgânica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Química

Pesquisa de Química Inorgânica

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

Antes de 2010

Compartilhado em 03/10/2009

leandro-rocha-14
leandro-rocha-14 🇧🇷

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Baixe Lista de problemas resolvido de química inorgânica e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Química, somente na Docsity! Acadêmico: Leandro da Silva Rocha, R.A.: 53879 QUESTÃO 12. Quais os tipos de baterias e pilhas utilizadas em carros, celulares, relógios e outros? Quais os componentes delas? E qual é a função de cada um? 1,2 À princípio vamos definir o que é uma pilha e o que é uma bateria, quais as diferenças básicas entre estes dispositivos. Há um certa confusão na terminologia usada para se referir aos sistemas eletroquímicos. Em princípio, o termo pilha deveria ser empregado para se referir a um dispositivo constituído unicamente de dois eletrodos e um eletrólito, arranjados de maneira a produzir energia elétrica. O eletrólito pode ser líquido, sólido ou pastoso, mas deve ser, sempre, um condutor iônico. Quando os eletrodos são conectados a um aparelho elétrico uma corrente flui pelo circuito, pois o material de um dos eletrodos oxida-se espontaneamente liberando elétrons (anodo ou eletrodo negativo), enquanto o material do outro eletrodo reduz-se usando esses elétrons (catodo ou eletrodo positivo). O termo bateria deveria ser usado para se referir a um conjunto de pilhas agrupadas em série ou paralelo, dependendo da exigência por maior potencial ou corrente, respectivamente. Entretanto, no dia-a-dia, os termos pilha e bateria têm sido usados indistintamente para descrever sistemas eletroquímicos fechados que armazenam energia. As baterias utilizadas em veículos e pelas indústrias (comercializadas diretamente entre os fabricantes e as indústrias) e, além de algumas filmadoras de modelo antigo, são as baterias de chumbo/óxido de chumbo (chumbo/ácido). Sua história começou em 1859, quando o físico francês Raymond Gaston Planté construiu o primeiro sistema recarregável, formando a base para as baterias secundárias chumbo/ácido usadas até hoje. Essas baterias apresentam a característica pouco usual de envolver em ambos os eletrodos o mesmo elemento químico, o chumbo. No catodo, o dióxido de chumbo reage com ácido sulfúrico durante o processo de descarga, produzindo sulfato de chumbo e água: PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42–(aq)+ 2e– PbSO4(s) + 2H2O(l) No anodo, chumbo reage com íons sulfato formando sulfato de chumbo: Pb(s) + SO42–(aq) PbSO4(s) + 2e– A reação global apresenta somente sulfato de chumbo e água como produtos: Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) + 2H2O(l) À medida que a bateria chumbo/ácido é descarregada, o ácido sulfúrico é consumido e a água é produzida. Consequentemente, a composição do ácido sulfúrico no eletrólito e sua densidade variam desde 40% (m/m) e 1,30 g/cm3, no estado completamente carregado, até cerca de 16% (m/m) e 1,10 g/cm3, no estado descarregado. Dado que o potencial de circuito aberto depende da concentração de ácido sulfúrico no eletrólito e da temperatura, o valor deste potencial para um único par de eletrodos varia de 2,15 V, no estado carregado, até 1,98 V, no estado descarregado, a temperatura ambiente. A medida da densidade do eletrólito ao longo do processo de descarga da bateria é usada, portanto, para avaliar seu estado de carga. No processo de carga, o sulfato de chumbo é reconvertido a chumbo no anodo e a dióxido de chumbo no catodo. Os principais tipos de baterias chumbo/ácido são as automotivas, industriais e seladas, com um predomínio marcante das primeiras. As automotivas são usadas em veículos em geral para alimentar os sistemas de partida, iluminação e ignição e consistem de seis conjuntos de eletrodos na forma de placas, contidos em vasos independentes. Um vaso pode conter, por exemplo, 6 anodos e 5 catodos arranjados de forma alternada, começando e terminando com um anodo. Estes onze eletrodos são conectados em paralelo e, portanto, cada vaso fornece um potencial de cerca de 2 V. Os seis vasos são então conectados em série e a bateria fornece um potencial de aproximadamente 12 V (Figura 1). As baterias industriais são utilizadas para tracionar motores de veículos elétricos e também em serviços que não podem ser interrompidos em caso de queda de energia elétrica (companhias telefônicas, hospitais etc.). Já as seladas, de menor tamanho, são usadas para alimentar computadores, luzes de emergência etc., em caso de queda de energia. As baterias automotivas e industriais requerem adição periódica de água no eletrólito. Isso ocorre porque, no processo de carga da bateria chumbo/ácido, parte da água é decomposta nos gases hidrogênio e oxigênio. As baterias automotivas de baixa manutenção, além de serem projetadas para consumir menos água, contêm um volume de eletrólito em excesso, calculado de maneira a compensar a perda de água ao longo de sua vida útil (2 a 5 anos). Como visto, as baterias chumbo/ ácido funcionam à base de chumbo, um metal pesado e tóxico e, portanto, representam sério risco ao meio ambiente. Na realidade, a grande maioria das baterias exauridas já é recolhida pelos fabricantes nacionais para recuperar o chumbo nelas contido, uma vez que o Brasil não dispõe de minas deste metal e o seu preço é relativamente alto no mercado internacional. O maior problema está no método de recuperação usado pelas empresas, já que é, quase sempre, inadequado. O método mais usado ainda é o pirometalúrgico, em vez do eletroidrometalúrgico, o que termina contaminando a atmosfera com óxidos de enxofre (SOX) e com chumbo particulado. Figura 1: Bateria chumbo/óxido de chumbo (chumbo/ácido). As baterias usadas em celulares e notebooks são as baterias de íons de lítio. Assim denominada, porque usa, em vez de lítio metálico, apenas íons lítio, presentes no eletrólito na forma de sais de lítio dissolvidos em solventes não aquosos. Durante o processo de descarga, os íons lítio migram desde o interior do material que compõe o anodo até dentro do material do catodo e os elétrons movem-se através do circuito externo. Portanto, os materiais de eletrodos são formados geralmente por compostos de estrutura aberta (denominados compostos de intercalação), que permitem a entrada e saída de íons lítio. No anodo, o grafite é o material mais comumente usado porque, além de apresentar estrutura lamelar, é capaz de intercalar reversivelmente os íons lítio entre suas camadas de carbono sem alterar significativamente sua estrutura. O catodo contém, geralmente, um óxido de estrutura lamelar (LiCoO2, LiNiO2 etc.) ou espinel (LiMnO2), sendo o óxido de cobalto litiado o material mais freqüentemente usado pelos fabricantes de baterias de íons lítio. Dessa forma, durante a descarga da bateria a reação que ocorre no anodo é a oxidação do carbono e a consequente liberação de íons lítio a fim de manter a eletroneutralidade do
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