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QUMICA NOVA NA ESCOLA N 11, MAIO 2000

QUMICA E SOCIEDADE

A seo Qumica e sociedade apresenta artigos que focalizam diferentes inter-relaes entre cincia e sociedade,procurando analisar o potencial e as limitaes da cincia na tentativa de compreender e solucionar problemas sociais.

Pilhas e baterias

Nesta ltima dcada assistiu-sea uma proliferao enorme deaparelhos eletroeletrnicos por-tteis, tais como: brinquedos, jogos, re-lgios, lanternas, ferramentas eltricas,agendas eletrnicas, walk-talks, bar-beadores, cmaras fotogrficas, filma-doras, telefones celulares, computado-res, aparelhos de som,instrumentos de medi-o e aferio, equipa-mentos mdicos etc.Ao mesmo tempo, au-mentou muito a de-manda por pilhas e ba-terias cada vez meno-res, mais leves e demelhor desempenho.Conseqentemente,existe atualmente nomercado uma grandevariedade de pilhas ebaterias a fim de aten-der s inmeras exi-gncias. A compreenso dos princpiosde funcionamento dessa grande varie-dade de pilhas e baterias uma tarefardua e requer, muitas vezes, um co-nhecimento profundo e multidisciplinar,j que vrios destes sistemas eletroqu-micos empregam tecnologia avanada.Apesar disto, pretende-se abordar pri-

meiramente aqui, da forma mais simpli-ficada possvel, o funcionamento das pi-lhas e baterias que mais freqentementeaparecem no nosso dia-a-dia.

Por outro lado, dado que algumasdas pilhas e baterias disponveis no mer-cado usam materiais txicos, muitos pa-ses, inclusive o Brasil, tm se preocu-

pado com os riscos sade humana e aomeio ambiente que es-tes sistemas eletroqu-micos apresentam.Neste sentido, o Con-selho Nacional doMeio Ambiente - CO-NAMA publicou noDirio Oficial da Uniode 22 de julho de 1999a Resoluo n 257,disciplinando o des-carte e o gerenciamen-to ambientalmenteadequado de pilhas e

baterias usadas, no que tange coleta,reutilizao, reciclagem, tratamento oudisposio final. Tendo em conta o ex-posto acima, tambm ser mencionadoaqui, para cada uma das pilhas e bate-rias abordadas, o risco que representamaos seus consumidores e ao meio am-biente.

Nomenclatura e classificao dossistemas eletroqumicos

H um certa confuso na termino-logia usada para se referir aos siste-mas eletroqumicos. Em princpio, o ter-mo pilha deveria ser empregado parase referir a um dispositivo constitudounicamente de dois eletrodos e um ele-trlito, arranjados de maneira a produ-zir energia eltrica. O eletrlito pode serlquido, slido ou pastoso, mas deveser, sempre, um condutor inico. Quan-do os eletrodos so conectados a umaparelho eltrico uma corrente flui pelocircuito (vide pilha de Daniell no Qua-dro 1), pois o material de um dos eletro-dos oxida-se espontaneamente libe-rando eltrons (anodo ou eletrodo ne-gativo), enquanto o material do outroeletrodo reduz-se usando esses el-trons (catodo ou eletrodo positivo). Otermo bateria deveria ser usado parase referir a um conjunto de pilhas agru-padas em srie ou paralelo, dependen-do da exigncia por maior potencial oucorrente, respectivamente, conformeilustrado no Quadro 2. Entretanto, nodia-a-dia, os termos pilha e bateria tmsido usados indistintamente para des-crever sistemas eletroqumicos fecha-dos que armazenam energia. O termoacumulador eltrico tambm aparecemuitas vezes, mas empregado, qua-se sempre, como sinnimo de bateria.

A conveno mais usada para re-

No dia-a-dia usamos ostermos pilha e bateria

indistintamente.Pilha um dispositivo

constitudo unicamente dedois eletrodos e um

eletrlito, arranjados demaneira a produzir energia

eltrica.Bateria um conjunto depilhas agrupadas em srieou paralelo, dependendo

da exigncia por maiorpotencial ou corrente

Nerilso Bocchi, Luiz Carlos Ferracin e Sonia Regina Biaggio

Este artigo define o que so pilhas e baterias, apresentando o funcionamento das que mais freqentementeaparecem no dia-a-dia dos brasileiros. Alm disso, considerando que algumas dessas pilhas e baterias tmcomponentes txicos, discute o que fazer com pilhas usadas para evitar problemas ambientais.

pilhas, sistemas eletroqumicos, baterias primrias, baterias secundrias

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presentar um sistema eletroqumico aquela de escrever o anodo do ladoesquerdo e o catodo do lado direito.Assim, quando se escreve bateria s-dio/enxofre significa que o sdio e oenxofre so os reagentes ativos noanodo e catodo, respectivamente. En-tretanto, alguns sistemas eletroqumi-cos no obedecem a esta regra geralquando citados; os casos mais co-muns so os sistemas: chumbo/xido

de chumbo, cdmio/xido de nquel ezinco/dixido de mangans, mais co-nhecidos como chumbo/cido, nquel/cdmio e Leclanch, respectivamente.Alm destes, outros sistemas eletroqu-micos mais avanados e modernostambm no seguem a regra mencio-nada.

Os sistemas eletroqumicos podemser diferenciados uns dos outros, ten-do em conta a maneira como funcio-nam. Assim, embora alguns sejam de-nominados de forma especial (videQuadro 3), todos eles podem ser clas-sificados como:

Baterias primriasDistintas das demais por serem es-

sencialmente no recarregveis. Exem-plos: zinco/dixido de mangans (Le-clanch), zinco/dixido de mangans(alcalina), zinco/xido de prata, ltio/di-xido de enxofre, ltio/dixido de man-gans etc.

Baterias secundriasBaterias recarregveis que podem

ser reutilizadas muitas vezes pelosusurios (centenas e at milhares devezes para o caso de baterias espe-cialmente projetadas). Como regra ge-ral, um sistema eletroqumico consi-derado secundrio quando capaz desuportar 300 ciclos completos de cargae descarga com 80% da sua capaci-dade. Exemplos: cdmio/xido de n-quel (nquel/cdmio), chumbo/xido dechumbo (chumbo/cido), hidreto met-lico/xido de nquel, ons ltio etc.

O princpio de funcionamento de al-gumas baterias primrias e secund-rias freqentemente encontradas nomercado nacional, bem como o riscoque representam aos consumidores eao meio ambiente, est descrito a se-guir.

Principais baterias primriascomercializadas

Dentre as inmeras baterias prim-rias comercializadas, as que se des-tacam no mercado nacional so: zinco/dixido de mangans (Leclanch), zin-co/dixido de mangans (alcalina) eltio/dixido de mangans. Todas sosempre produzidas hermeticamentefechadas em dimenses padronizadas

internacionalmente nas formas cilndri-cas (tamanhos AA, AAA etc.), tipo bo-to e tipo moeda. Alm dessas, a for-ma prismtica tambm pode ser en-contrada para aplicaes especiais. Apreferncia pela forma cilndrica ocorrepela maior facilidade de produoquando comparada com as demaisformas.

Pilha de zinco/dixido de mangans(Leclanch)

Inventada pelo qumico francsGeorge Leclanch em 1860, a maiscomum das baterias primrias. A pilhade zinco/dixido de mangans usadahoje muito parecida com a versooriginal. O eletrlito uma pasta for-mada pela mistura de cloreto de am-nio e cloreto de zinco. O anodo dezinco metlico, usado, geralmente, naforma de chapa para confeco da cai-xa externa da pilha. O catodo um bas-to de grafite, geralmente cilndrico, ro-deado por uma mistura em p de dixi-

Quadro 1: Pilha de DaniellConsiste em um anodo de zinco metli-co, um catodo de cobre metlico e umeletrlito formado por sulfato de zinco esulfato de cobre. A maneira mais simplesde se fazer uma pilha de Daniell co-locar uma tira de cobre no fundo de umfrasco de vidro conforme mostra a ilus-trao acima. Uma soluo de sulfatode cobre despejada no frasco emquantidade suficiente para cobrir com-pletamente a tira de cobre. Em seguida,uma tira de zinco colocada logo acimada soluo anterior conforme ilustradoe, ento, a soluo de sulfato de zinco cuidadosamente adicionada no frasco.A densidade menor da soluo de sulfa-to de zinco garante sua permanncia,por pelo menos algum tempo, sobre asoluo de sulfato de cobre. Essa pilhade Daniell s apresenta resultados satis-fatrios para acionar equipamentos queexigem baixas correntes eltricas como,por exemplo, lmpadas de farolete de1,5 V e relgios de pulso e parede.

Quadro 2: Agrupamentos de pilhasou bateriasA maioria dos aparelhos eletroeletrni-cos que usam pilhas requer, quase sem-pre, mais de uma pilha. Um agrupamen-to de pilhas em srie fornece maiorespotenciais, enquanto que em paralelo,maiores correntes eltricas. Supondo-sepilhas de 1,5 V, um agrupamento con-tendo quatro dessas pilhas em paralelo(agrupamento superior) fornece um po-tencial de 1,5 V, mas a corrente eltrica quatro vezes maior do que aquela ge-rada por um nica pilha. J um agrupa-mento dessas mesmas pilhas em srie(agrupamento inferior) fornece um po-tencial de 6,0 V e a mesma corrente el-trica que a de uma nica pilha.

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do de mangans e grafite (vide Figura1). A pilha de zinco/dixido de manga-ns fornece um potencial de circuitoaberto (medido com um voltmetro dealta impedncia) no intervalo entre 1,55V e 1,74 V, a temperatura ambiente.

As reaes que ocorrem durante oprocesso de descarga das pilhas dezinco/dixido de mangans so com-plexas e alguns detalhes ainda no fo-ram completamente entendidos. Oprocesso de descarga bsico consistena oxidao do zinco no anodo:

Zn(s) + 2NH4Cl(aq) + 2OH(aq)

Zn(NH3)2Cl2(s) + 2H2O(l) + 2e (1)

juntamente com a reduo do Mn(IV)a Mn(III) no catodo:

2MnO2(s) + 2H2O(l) + 2e

2MnOOH(s) + 2OH(aq) (2)

resultando na seguinte reao global:

Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH4Cl(aq) Zn(NH3)2Cl2(s) + 2MnOOH(s) (3)

As pilhas de zinco/dixido de man-gans apresentam uma relao custobenefcio interessante somente paraaplicaes que requerem valores bai-xos e mdios de corrente eltrica. Autilizao de dixidode mangans de altaqualidade e a substi-tuio do cloreto deamnio do eletrlitopor cloreto de zincomelhoram muito o de-sempenho das pilhaszinco/dixido de man-gans mesmo emaplicaes que exigem correntes el-tricas maiores. O principal problemaobservado neste ti