Ciência em Casa
Célula de combustível salina
Ciência em Casa

Material

      Voltímetro.
      Quatro fios condutores com crocodilos.
      Copo de vidro.
      Colher de chá.
      Uma ou duas pilhas de 4,5 V.
 
Compostos

      Dois fios de platina (2 x 5 cm).
      Água destilada.
      Cloreto de sódio.
 
Vídeo:  
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Procedimento

     1. Deita uma colher de chá de sal no copo com água destilada e mistura bem a solução.

     2. Mergulha os eléctrodos de platina na água com sal e liga-os aos terminais do voltímetro. (podes verificar que o voltímetro não consegue detectar qualquer potencial, mesmo para a escala mais sensível)

     3. Liga a pilha aos eléctrodos de platina. (podes verificar uma produção vigorosa de gases nos eléctrodos)

     4. Muda a escala do voltímetro para 0-20 VDC e mede a diferença de potencial entre os dois eléctrodos. (de maneira a obteres potenciais positivos liga o fio preto do voltímetro ao eléctrodo de platina que está ligado ao termina [-] da pilha e liga o vermelho ao eléctrodo que está ligado ao terminal [+] da pilha. Podes verificar que a diferença de potencial medida é próxima da gerada pela pilha)

     5. Desliga a bateria do circuito eléctrico. (não agites o copo, de maneira a que as bolhas de gás permaneçam na superfície do eléctrodo)

     6. Mede a diferença de potencial entre os eléctrodos. (podes verificar que mesmo sem pilha, o sitema continua a produzir uma diferença de potencial próxima de 1,4 V)

     7. Muda progressivamente a escala do voltímetro para escalas de medição menores. (Podes verificar que a diferença de potencial vai diminuindo progressivamente)

     8. Liga novamente a bateria ao circuito e repete o procedimento anterior. (podes verificar que ao renovares as bolhas de gás na superfície dos eléctrodos, o sistema produz electricidade de forma contínua)
 

O porquê?

A presente experiência pode ser explicada utilizando os princípios básicos da electroquímica. A fundamentação teórica não é nada mais do que a reversibilidade da reacção de electrólise de uma solução aquosa.

Na primeira parte da experiência é realizada a electrólise da solução aquosa de cloreto de sódio. Quando ligaste a pilha ao circuito, esta forneceu electrões ao eléctrodo de platina ligado ao terminal [-] e recebeu electrões do eléctrodo ligado ao terminal [+].

Segundo os fundamentos teóricos da electroquímica, o eléctrodo que recebe electrões é designado por cátodo e o que produz é designado por ânodo.

No caso particular da primeira parte desta experiência (electrólise), o cátodo é o eléctrodo de platina ligado ao terminal [-] da pilha. Por sua vez, o ânodo é o eléctrodo ligado ao terminal [+] da pilha.

Sendo assim, no cátodo da electrólise, os electrões fornecidos pela pilha combinam-se com os iões Na+ e com a água da solução aquosa, havendo a formação de hidrogénio gasoso (H2) e hidróxido de sódio (NaOH). O H2 é libertado para a atmosfera e o NaOH passa para a solução aquosa, aumentando o pH desta. Em contraste, no ânodo, os iões cloreto (CL-) presentes na solução libertam electrões e produzem cloro gasoso que é libertado para a atmosfera.

A diferença de potencial próxima de 4,5 V é, essencialmente, devida à presença do cloreto de sódio na água. Este aumenta consideravelmente a condutividade desta.

Quando desligas a pilha do circuito há uma inversão de funções dos eléctrodos. Ou seja, o eléctrodo que funcionava com cátodo na electrólise passa a ser o ânodo e o ânodo passa a ser cátodo. Este facto é mensurável devido à capacidade catalítica da platina de aumentar a velocidade das reacções inversas à electrólise.

O hidrogénio gasoso na superfície do eléctrodo que funcionava como cátodo liberta electrões e protões (H+). Os electrões são transportados no circuito eléctrico para o cátodo e os protões são libertados na solução aquosa. Por sua vez, no outro eléctrodo, o cloro molecular reage com os electrões produzidos pelo hidrogénio no ânodo, formando-se novamente os iões cloreto.


A diferença de potencial inicial é próxima de 1,4 V, porque este é o potencial de redução do cloro molecular. A diferença de potencial decresce progressivamente porque a quantidade de cloro e hidrogénio vai diminuindo à medida que estes vão sendo consumidos. No entanto, se estes pudessem ser continuamente renovados, a célula de combustível era capaz de produzir uma diferença de potencial constante [Schmidt, 2000].

Electrólise NaCl(aq) Célula de Combustível Salina
Ânodo: 2 Cl- -> Cl2 + 2 e-
Cátodo: 2 Na+ + 2 H2O + 2 e- -> H2 + 2 NaOH
Ânodo: H2 -> 2 H+ + 2 e-
Cátodo: Cl2 + 2 e- -> 2 Cl-




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