Pilhas alcalinas: um dispositivo útil para o ensino de Química

Abstract

Recebido em 26/4/06; aceito em 15/9/06; publicado na web em 26/3/07 ALKALINE BATTERY: A USEFUL DEVICE IN THE TEACHING OF CHEMISTRY. This paper presents the alkaline battery (MnO 2 /Zn) as a useful device in the teaching of chemistry. The preparation of the battery, the materials used in the preparation of the MnO 2 electrode, the mechanism of energy storage and the parameters often used in the understanding of general batteries are discussed in detail. In addition, a schedule and a questionnaire that can be applied in an experimental class have been developed, which allow the assembly of an alkaline battery, its discharge using a galvanostatic or a load-resistance procedure, and the elaboration of a report based on the main text. This experimental class has been offered in the chemistry course of FFCLRP.Keywords: alkaline battery; MnO 2 ; graphite INTRODUÇÃOA maioria dos programas dos cursos de graduação em Química contém pouca informação sobre a conversão de energia química em elétrica e sobre a importância das propriedades físico-químicas dos materiais que compõem estes dispositivos. Nos vários textos didáticos, as baterias e pilhas são utilizadas principalmente para a discussão de reações redox e dos aspectos cinéticos e termodinâ-micos associados à passagem de corrente elétrica em circuitos externos 1-3 . Os dispositivos normalmente usados para tal fim são: a bateria de chumbo-ácido E cela = 1,98 V (Pb (sólido) |PbSO 4(sólido) H 2 SO 4(aquoso) |PbSO 4(sólido) |PbO 2(sólido) |Pb (sólido) ), pilha de Daniel E cela = 1,1 V (Zn (sólido) |Zn 2+ (aquoso) ||Cu 2+ (aquoso) |Cu (sólido) ), pilha de Leclanché E cela na faixa de 1,55-1,74 V (Zn (sólido) |ZnCl 2 ||NH 4 Cl (aquoso) |MnO 2 ,C (sólido) ), onde E cela é o potencial de circuito aberto 4 . Contudo, conceitos como capacidade de carga/descarga, densidades de energia e potência são pouco discutidos ou então nem mencionados, assim como ocorre com os fatores que provocam desvios na termodinâmica das celas eletroquímicas e com as características estruturais e morfológicas dos materiais usados na preparação dos dispositivos de conversão de energia. Neste contexto é que o presente trabalho foi realizado, com o objetivo de fornecer apoio didático para a abordagem e aprimoramento de conceitos importantes na formação de um químico: a armazenagem de energia e as reações de oxidação/redução associadas à inserção de espécies iônicas em materiais, as implicações que o processamento e a síntese de um dado composto e eletrodo podem apresentar no desempenho de uma bateria, o uso da Lei de Faraday na determinação de parâmetros importantes para a descrição de baterias, o efeito Joule e a energia livre de Gibbs. Enfim, o trabalho insere o aluno em uma área de grande interesse tecnológico, fornecendo suporte para a preparação de pilhas alcalinas utilizando um protocolo muito próximo daquele usado pela indústria. PILHAS ALCALINASA pilha alcalina nada mais é do que uma variação da pilha de Leclanchè de 1860 4,5 porque ambas utilizam como materiais eletródicos ativos Zn e MnO 2 . A p...

Estudos Sobre O Ensino E Aprendizagem De Conceitos Em Eletroquímica: Uma Revisão

“…No universo da disciplina Química, o conteúdo Eletroquímica está entre os mais difíceis de ensinar e de aprender (NOGUEIRA; GOES; FERNANDEZ, 2017). Os conceitos abordados em Eletroquímica são considerados abstratos e assim de difícil compreensão pelos alunos, como por exemplo, na determinação dos polos de uma pilha (MATSUBARA; NERI; ROSOLEN, 2007), ou a compreensão de reações químicas e reações redox (MORTIMER; MIRANDA, 1995;JUSTI, 1998), além da abordagem inadequada destes conceitos nos Livros didáticos (MENDONÇA; CAMPOS;JÓFILI, 2004;PITANGA et al, 2014). E, na tentativa de superar estas dificuldades de aprendizagem dos conceitos científicos, encontram-se várias pesquisas propondo estratégias didáticas para o ensino-aprendizagem de eletroquímica tais como: o uso de experimentos investigativos envolvendo a observação de fenômenos cotidianos GUIMARÃES;MAINIER, 2004MAINIER, , 2011WARTHA et al, 2007;BATISTA;SARTORI et al, 2013;RODRÍGUEZ;PÉREZ, 2016;LEMOS, 2016;MATHIAS;SILVA O., 2017); o uso de experimentos demonstrativos envolvendo óxido-redução (FRANCISCO JUNIOR; DOCHI, 2006), utilização de modelos físicos como auxílio na formação de imagens mentais (FRANCISCO JUNIOR; FERREIRA; HARTWIG, 2009); a importância da contextualização na abordagem de conceitos eletroquímicos (LIMA; MERÇON, 2011;KLEIN;BRAIBANTE, 2017) e a valorização do contexto histórico na aquisição de conceitos (GERMANO; LIMA; SILVA , 2012).…”