Construção Básica e Funcionamento da Célula Voltaica

Uma célula voltagem simples é feita imersindo uma placa de zinco e uma placa de cobre em uma solução de ácido sulfúrico diluído. Como mostrado na figura, se a placa de cobre e a placa de zinco forem conectadas externamente com uma carga elétrica, uma corrente elétrica começa a fluir da placa de cobre para a placa de zinco através da carga. Isso significa que há alguma diferença de potencial elétrico desenvolvida entre a placa de cobre e a placa de zinco. Conforme a corrente flui do cobre para o zinco, é óbvio que a placa de cobre se torna carregada positivamente e a placa de zinco se torna carregada negativamente.

Funcionamento da Célula Voltagem

O princípio de funcionamento da célula voltagem depende do princípio de que, sempre que dois metais diferentes são imersos em uma solução eletrolítica, o metal mais reativo terá uma tendência a se dissolver no eletrolítico como íons metálicos positivos, deixando elétrons para trás na placa de metal. Este fenômeno faz com que a placa de metal mais reativa fique carregada negativamente.

O metal menos reativo atrairá íons positivos presentes no eletrolítico, e, portanto, esses íons positivos se depositarão na placa, tornando-a carregada positivamente. Neste caso de uma célula voltagem simples, o zinco sai na solução de ácido sulfúrico como íon positivo e então reage com o íon SO4 − − negativo da solução e forma sulfato de zinco (ZnSO4). Como o cobre é um metal menos reativo, os íons de hidrogênio positivos da solução de ácido sulfúrico têm uma tendência a se depositar na placa de cobre. Mais íons de zinco saindo na solução significa maior número de elétrons deixados na placa de zinco. Esses elétrons então passam pelo condutor externo conectado entre as placas de zinco e cobre.

Ao chegar na placa de cobre, esses elétrons então se combinam com os átomos de hidrogênio depositados na placa e formam átomos de hidrogênio neutros. Esses átomos então se combinam em pares para formar moléculas de gás hidrogênio e o gás finalmente sobe ao longo da placa de cobre na forma de bolhas de hidrogênio. A ação química que ocorre dentro da célula voltagem é a seguinte,

No entanto, esta ação para quando o potencial de contato entre Zn e ácido sulfúrico diluído atinge o valor de 0,62 Volt. Durante a operação de uma célula voltagem, a placa de zinco está em um potencial inferior em relação ao filme de solução adjacente a ela, conforme mostrado na figura abaixo.

De maneira semelhante, quando a placa de Cu é colocada em contato com o eletrolítico, então os íons de hidrogênio positivos na solução têm uma tendência a se depositar nela até que seu potencial suba para cerca de 0,46 V acima dessa solução. Portanto, a diferença de potencial elétrico desenvolvida em uma célula voltagem é 0,62 − (− 0,46) = 1,08 Volts.

Em uma célula voltagem simples existem principalmente duas desvantagens, referidas como polarização e ação local.

Polarização da Célula Voltagem

Observa-se que nesta célula, a corrente gradualmente diminui e, após certo tempo de sua operação, a corrente pode cessar completamente. Esta diminuição na corrente é devida à deposição de hidrogênio na placa de cobre. Embora o hidrogênio saia da célula na forma de bolhas, ainda assim há a formação de uma camada fina de hidrogênio na superfície da placa. Esta camada age como um isolante elétrico, aumentando a resistência interna da célula. Devido a essa camada isolante, íons de hidrogênio adicionais não podem obter elétrons da placa de cobre e se depositar na forma de íons. Esta camada de íons de hidrogênio positivos na placa de cobre exerce uma força repulsiva sobre outros íons de hidrogênio que se aproximam da placa de cobre. Portanto, a corrente diminui. Este fenômeno é conhecido como polarização.

Ação Local da Célula Voltagem

Verifica-se que, mesmo quando a célula voltagem não está fornecendo qualquer corrente, o zinco continua se dissolvendo no eletrolítico. Isso se deve ao fato de que algumas traças de impurezas como ferro e chumbo no zinco comercial formam células locais minúsculas, que são curto-circuitadas pelo corpo principal de zinco. A ação dessas células parasitas não pode ser controlada, de modo que há algum desperdício de zinco. Este fenômeno é conhecido como ação local.

Declaração: Respeite o original, artigos bons valem a pena compartilhar, se houver violação de direitos autorais, entre em contato para excluir.