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Pilha de Daniell

A Figura seguinte ilustra o princípio de um Daniell célula na qual os metais cobre e zinco são imersos em soluções de seus sulfatos respectivos.

Pilha de Daniell
Esquema de uma célula de Daniell

A célula Daniell era a bateria verdadeiramente prático e fiável primeiro elétrico que apoiou muitas inovações do século XIX elétricos, como o telégrafo.

No processo da reação, os electrões podem ser transferidos a partir do zinco corrosão para o cobre por meio de um caminho condutor eletricamente como uma corrente elétrica útil. O zinco mais prontamente perde electrões do que o cobre, de modo a colocação de zinco e metal de cobre em soluções de seus sais podem causar electrões a fluir através de um fio externo que conduz a partir do zinco para o cobre.

Anodo de Zinco: Zn(s) Pilha de Daniell Zn2+ + 2e-a

Catodo de Cobre: Cu2+ + 2e- Pilha de Daniell Cu(s)

A diferença na suscetibilidade de dois metais que corroem muitas vezes pode causar uma situação que é chamado de corrosão galvânica com o nome de Luigi Galvani, descobridor do efeito.

A finalidade do separador mostrado na figura anterior é a de manter cada metal em contato com as suas próprias sulfatos solúveis, um ponto de vista técnico que é crítico, a fim de manter a tensão de uma célula Daniell relativamente constante.

O mesmo objetivo pode ser conseguido usando uma ponte de sal entre dois copos diferentes, como mostrado na figura seguinte:

Pilha de Daniell
Esquema de uma célula de Daniell com uma ponte de sal

A ponte de sal, nesse caso, fornece o caminho eletrolítica que é necessário para completar um circuito célula eletroquímica. Esta situação é comum em células naturais de corrosão onde o ambiente serve como o eletrólito que completa a célula de corrosão.

A condutividade de um ambiente aquoso, tal como solos, betão, ou águas naturals tem sido muitas vezes relacionados com a sua corrosão.

A descrição curta-mão na seguinte equação é válida para ambas as configurações célula de Daniell.

Tal descrição é frequentemente usada para simplificar referência textual para tais células.

(-) Zn / Zn2+, SO2-4(Conc 2)// Cu2+SO2-4(Conc 2)// Cu(+)

Pilha de Daniell na equação descrevem respectivamente a concentração de sulfato de zinco e sulfato de cobre que pode ser diferente nas duas meias células, enquanto as duas barras inclinadas (/ /) descrevem a presença de um separador.

A mesma equação também identifica o eléctrodo de zinco como o ânodo que é negativo, no caso de uma reação espontânea eo cátodo de cobre como positivo.

John Frederic Daniell (1790-1845)

Pilha de Daniell
John Frederic Daniell

John Frederic Daniell nasceu em Londres, Inglaterra, em 12 de Março 1790 como o filho de um advogado.

Ele recebeu uma boa educação, enquanto freqüentava a escola privada.

Ele recebeu um ou ganhou um grau honorário da Universidade de Oxford.

Ao completar a escola com uma boa experiência em tecnologia, ele foi trabalhar para um parente que era dono de uma refinaria de açúcar.

Enquanto trabalhava na refinaria ele melhorou suas operações e processos tecnológicos.

Depois de algum tempo ele deixou a refinaria para entrar no campo da educação e da pesquisa por tomar uma posição como professor de física na Universidade de Edimburgo, na Escócia, quando apenas 23 anos de idade.

Em 1823, foi eleito como um companheiro na Royal Society de Londres. Além de suas aulas de física, ele também trabalhou como químico na universidade, e começou a pesquisa em meteorologia. Concomitante com suas responsabilidades universitário, ele completou com sucesso a Companhia de Gás Continental em 1817.

Daniell não só se destacou por sua capacidade de fazer observação útil, classificações, e melhorias nas ciências físicas do seu tempo, mas ele também demonstrou habilidade para empresas de fabricação científicos com o desenvolvimento de um novo processo para o gás em geral.

Sua pesquisa em 1820 levou à invenção de um higrômetro de ponto de orvalho que mede a umidade relativa, que depois se tornou um instrumento padrão.

Sua higrômetro foi feita com duas lâmpadas de vidro finas que foram penduradas em uma base e se juntou com um tubo de vidro. Uma das ampolas de vidro realizada éter e um termómetro que recolhidos e dissipada orvalho quando a outra lâmpada foi lentamente arrefecida e reaquecido. A temperatura de condensação foi produzido por evaporação do éter.

O Higrômetro de Daniell, como era chamado, permitiu a determinação fácil de vapor que existia em uma determinada massa de atmosfera. A temperatura média registrada pelo aparelho foi o ponto de orvalho. Em 1823, ele publicou Essays meteorológicos que logo se tornou um livro popular.

Em uma edição mais tarde, ele também discutiu os efeitos meteorológicos da radiação solar e o resfriamento da Terra.

Considerada em suas aplicações à Horticultura mostrou a importância da umidade em estufas.

Em seguida, no início dos anos 1830, Daniell tornou-se profundamente interessado no trabalho de seu amigo Michael Faraday assim virou-se para eletroquímica para o seu principal interesse de pesquisa naquele momento.

Um dos principais problemas com a pilha de Volta era que não poderia fornecer corrente durante um período de tempo sustentado.

Sturgeon trabalhou no problema, quando em 1830 produziu uma bateria com vida mais longa do que a de Volta, sintetizando o zinco. Contribuir para o problema principal com as baterias era uma película fina de bolhas de hidrogênio que se formou sobre o eléctrodo positivo. A película fina de hidrogênio causou aumento da resistência interna da bateria que reduziu a sua força eletromotriz eficaz (tensão). Este processo de uma película fina de hidrogênio recolha no eléctrodo é conhecido como polarização.

Daniell começou experiências em 1835, na tentativa de melhorar a bateria Voltaic com a sua problema de ser instável e como uma fonte de corrente eléctrica fraca. Seus experimentos em breve conduziu a resultados notáveis. Em 1836, inventou uma célula primária na qual o hidrogênio foi eliminado na geração de eletricidade. Daniell tinha resolvido o problema da polarização. Em seu laboratório, ele tinha aprendido a liga de zinco amalgamado de Sturgeon com mercúrio.

A sua versão foi o primeiro a bateria classe de dois fluidos ea bateria primeiro que produziu uma fonte constante de confiança de corrente eléctrica durante um longo período de tempo. Isto é, o poder permaneceu constante com este tipo de bateria aquando da aplicação repetida, sem retirar o que era uma fonte de fraqueza em todas as baterias de fluido individuais. Até agora, a corrente de outras baterias declinou rapidamente. A sua colocação de uma barreira entre as chapas de cobre e zinco parou o hidrogênio a partir de formar. A pilha de Volta (pilha) emitida hidrogênio livre pelo eletrólito que, em seguida, migrou para o pólo positivo de cobre.

O hidrogênio acumulado sobre o pólo para formar uma barreira que logo parou o fluxo da corrente. Ambos fluido único e de dois fluidos baterias usadas soluções para criar a eletricidade. Bateria Daniell consistiu de um vaso de cobre cilíndrico que serviu de placa passiva (pólo). Colocado no interior do vaso de cobre exterior era um recipiente de barro poroso ou partição que realizou uma haste de zinco ou placa ativa (pólo). O espaço entre o cobre eo copo poroso foi cheio com uma solução de sulfato de cobre que foi mantido saturado por cristais do sal deitado sobre uma prateleira perfurada. A taça porosa foi preenchido com ácido sulfúrico diluído. A louça poroso mantidos os fluidos a partir de mistura, sem prejudicar a passagem da corrente, que permitiu iões para se mover através enquanto que a reação da célula foi a ter lugar.

Os conteúdos da bateria teve de ser desmontado quando não é usado para parar as reações químicas e conservar os metais. O sulfato de cobre que estava em contato com a placa passiva serviu para levar até hidrogênio. A haste de zinco amalgamado (ânodo) tinha um parafuso de ligação. O topo do cilindro de cobre continha o outro parafuso de ligação (cátodo).

O último trabalho de Daniell em um tipo de gravidade da bateria mais tarde se tornaria um dos mais populares na década de 1850.

Ele fundiu dois eletrólitos; sulfato de cobre (CuSO 4) e sulfato de zinco (ZnSO4). Um eléctrodo de cobre foi colocada na metade inferior de um frasco de vidro de bateria e, em seguida sulfato de cobre foi adicionado na forma de cristais. Em seguida a solução de sulfato de zinco foi lançada na parte superior do sulfato de cobre. Esta abordagem reduziu a necessidade de um diafragma cerâmico poroso para separar os dois eletrólitos, e diminuiu a resistência interna do sistema.

Quando o circuito foi aberto e deixe de pé enquanto abrir os íons de cobre se difundir para cima e de auto-descarga para o ânodo de zinco, que resultou em perda de potência. O operador acrescentou cristais de sulfato de cobre para manter uma solução saturada constante que, então, poderia produzir constantemente o seu atual.

Pilha de Daniell - Célula

A célula de Daniell é um tipo de célula eletroquímica inventado em 1836 por John Frederic Daniell, um químico britânico e meteorologista, e consistia em um pote de cobre preenchida com uma solução de sulfato de cobre, em que estava imerso num recipiente de barro não vidrado preenchido com ácido sulfúrico e uma eléctrodo de zinco.

Ele estava procurando por uma maneira de eliminar o problema de bolhas de hidrogênio encontrados na pilha voltaica, e sua solução foi usar um segundo eletrólito para consumir o hidrogênio produzido pelo primeiro.

O sulfato de zinco pode ser substituído por ácido sulfúrico.

A célula de Daniell foi uma grande melhoria em relação à tecnologia existente usada nos primeiros dias de desenvolvimento da bateria. Uma variante posterior da célula Daniell chamada de célula gravidade ou célula aranha foi inventado na década de 1860 por um francês chamado Callaud e tornou-se uma escolha popular para a telegrafia elétrica.

A célula de Daniell é também a base histórica para a definição contemporânea do Volt, que é a unidade de força eletromotriz no Sistema Internacional de Unidades.

As definições das unidades elétricas que foram propostos na Conferência Internacional de Eletricistas 1881 foram projetados de modo que a força eletromotriz da célula Daniell seria de cerca de 1,0 volts.

Com as definições contemporâneas, o potencial padrão da célula de Daniell em 25 ° C é, na verdade, 1,10 V

John Frederic Daniell

Pilha de Daniell
John Daniell (1790-1845). Meteorologista britânico. Inventor da célula de mesmo nome

Muitas das coisas com que lidamos na vida estão relacionadas direta ou indiretamente a reações eletroquímicas.

A célula de Daniell é uma célula eletroquímica em homenagem a John Frederic Daniell, o químico britânico que a inventou em 1836.

1. Quais são as vantagens da pilha de Daniell sobre a de Volta?

Vejamos como funciona a pilha de Volta, inventada em 1800 pelo cientista italiano Alessandro Volta.

Ela é constituída por um elétrodo de zinco e outro de cobre mergulhados numa solução aquosa de ácido sulfúrico.

Nesta solução, dá-se uma dissociação eletrolítica da molécula de ácido sulfúrico (H2SO4) num ião negativo do radical sulfato (sulfatião) (SO42-) e em dois iões positivos de hidrogênio (2 H+). Os iões sulfato próximos do zinco ionizam os átomos de zinco, que perdem dois electrões. Os iões de zinco combinam-se com os iões sulfato, originando sulfato de zinco (ZnSO4). Entretanto, o eléctrodo de zinco ficou carregado negativamente com 2 electrões. À medida que esta eletrização prossegue, aumentam as forças de repulsão destes electrões com os iões sulfato, até que pára a ionização do zinco, mantendo-se a carga deste eléctrodo.

Formou-se uma diferença de potencial entre os eléctrodos de cobre e de zinco.

Se o circuito exterior, entre os eléctrodos, for fechado, por exemplo, com uma resistência, há circulação de corrente pela resistência que consiste na circulação de electrões do zinco para o cobre. Ao atingirem o cobre, os electrões vão atrair os iões positivos de hidrogênio que se formaram inicialmente, neutralizando-os.

Formam-se átomos de hidrogênio em torno do eléctrodo de cobre. Esta cobertura de hidrogênio é isolante e interrompe progressivamente o fluxo de corrente, impedindo o funcionamento da pilha. Diz-se que a pilha se “polarizou”. O termo “polarização” que está associado a este fenómeno é pouco correto, pois a pilha já estava polarizada. Seria mais correto chamar-lhe “alteração da polarização”. Para que a pilha possa ser novamente utilizada é preciso aguardar algum tempo, com a pilha desligada do circuito exterior, para que a camada de hidrogênio se extinga ou então limpar o eléctrodo de cobre retirando o hidrogênio que o envolve. É este fenómeno de polarização que torna esta pilha pouco prática.

A solução para este problema é envolver o eléctrodo de cobre com um despolarizante que retire automaticamente o hidrogênio à medida que se forma (é o caso, por exemplo, da pilha de Léclanché) ou então usar uma pilha que não se polarize, como é o caso da pilha de Daniell.

A pilha de Daniell foi inventada em 1836 pelo químico e meteorologista inglês John Daniell e é constituída por um eléctrodo de zinco mergulhado numa solução aquosa de ácido sulfúrico dentro dum vaso poroso. Este vaso é colocado no interior doutro vaso de cobre contendo sulfato de cobre. A solução de sulfato de cobre é saturada com cristais de sulfato de cobre (eléctrodo positivo). O vaso poroso impede os iões de hidrogênio de entrar em contato com o eléctrodo de cobre e produzirem hidrogênio, polarizando a pilha.

Em contato com a solução de sulfato de zinco, originam-se iões de zinco a partir do eléctrodo, formando-se neste electrões. No eléctrodo de cobre, são libertados iões positivos de cobre na solução de sulfato de cobre, ficando no eléctrodo de cobre electrões resultantes da ionização. O número de electrões produzidos no eléctrodo de zinco é superior ao produzido no eléctrodo de cobre, pelo que o eléctrodo de zinco fica negativo em relação ao eléctrodo de cobre.

Durante o funcionamento, por fecho do circuito exterior entre os dois eléctrodos, os electrões em excesso no eléctrodo de zinco circulam para o eléctrodo de cobre, constituindo uma corrente eléctrica. O ácido sulfúrico reage com o eléctrodo de zinco. Por dissociação eletrolítica, cada molécula de ácido sulfúrico decompõe-se num sulfatião e em iões de hidrogênio. O ião sulfato reage com o zinco do eléctrodo, depositando dois electrões e produzindo uma molécula de sulfato de zinco. Verifica-se uma diminuição de zinco e um aumento de sulfato de zinco. Os iões positivos de hidrogênio em contato com os electrões dos iões de zinco do eléctrodo originam átomos de hidrogênio que se liberta sob a forma de bolhas.

No vaso de cobre, o sulfato de cobre dissocia-se em iões sulfato (negativos SO42-) e iões de cobre (positivos H2+). Estes depositam-se no eléctrodo de cobre, recebendo 2 electrões, que se deslocaram do eléctrodo de zinco pelo circuito exterior. Os iões sulfato atravessam a superfície porosa e entram em contato com o eléctrodo de zinco, formando sulfato de zinco que se dissolve na solução, reação acompanhada com a deposição de dois electrões no eléctrodo de zinco, mantendo, desta forma, a corrente no circuito exterior.

À medida que a pilha funciona, alguns iões de zinco libertados do eléctrodo de zinco não se combinam com iões sulfato, fazendo diminuir a força eletromotriz e diminuindo a vida da pilha. Também a diminuição de zinco no eléctrodo de zinco e o aumento de cobre no eléctrodo de cobre conduzem a um termo na vida da pilha de Daniell.

A pilha de Daniell tornou-se a primeira pilha prática na sua utilização e foi muito usada para alimentar os primeiros telégrafos.

2. Quais são as desvantagens da pilha de Daniell e por que tipo de pilha foi substituida?

Como se viu, embora a pilha de Daniell não se polarize pelo hidrogênio e seja considerada impolarizável, na realidade não é bem assim, devido à formação dos iões de zinco em torno do eléctrodo de zinco. Além disso, estas pilhas iniciais não são práticas para transportar, devido a usarem eletrólitos perigosos em forma líquida. Por estas razões, surgiram as pilhas secas com despolarizante.

A pilha (líquida) de Léclanché usa um eléctrodo positivo de carvão, um eléctrodo negativo de zinco, ambos mergulhados num eletrólito constituído por uma solução de cloreto de amônio. O eléctrodo de carvão está envolvido por dióxido de manganésio (MnO2). Este funciona como despolarizante, reagindo com o hidrogênio que se forma durante o funcionamento da pilha. Como resultado de diversas reações químicas, o hidrogênio formado irá combinar-se com oxigênio originando água evitando, desta forma, a polarização pelo hidrogênio. No entanto, dá-se a formação de cloreto de zinco em torno do eléctrodo de zinco que, a somar ao desgaste do zinco, conduzem ao fim de vida da pilha. Esta pilha, ao contrário das anteriores tem uma maior força eletromotriz de 1,5 V.

Esta pilha também não é transportável, mas substituindo o eletrólito por uma pasta de cloreto de amônio e fazendo mais algumas alterações, constrói-se a chamada “pilha seca” que ainda hoje continua a ser muito utilizada, partilhando o mercado com outras pilhas mais recentes como as alcalinas.

Fonte: www.corrosion-doctors.org/br.geocities.com

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