Passeio químico à procura das pilhas e acumuladores

Toda a gente conhece e usa pilhas e acumuladores. Estão nos antigos rádios e nos velhos e novos brinquedos, nos carros clássicos de combustão interna ou nos carros eléctricos, nos telemóveis, nos computadores e tablets, nas sondas e carros usados na exploração espacial e nos satélites. Estão num sem número de coisas, desde os nossos bolsos ao espaço. Os nomes “pilha” e “bateria” vêm da imagem de coisas, umas em cima das outras (pilhas), ou em filas e conjuntos (baterias). Estes equipamenentos transformam a energia química que está acumulada nos seus compostos em energia eléctrica. Antigamente, para aplicações caseiras, só tinhamos as pilhas de zinco que podem ser explicadas pelas reações químicas¹

Zn(s) + 2Cl⁻(aq) → ZnCl₂(s)+ 2e⁻
2MnO₂(s)+ 2NH₄Cl(aq) + H₂O(l)+ 2e⁻ → Mn₂O₃(s) + 2NH₄OH(aq)+ 2Cl⁻(aq)

ficando

Zn(s) + 2NH₄Cl(aq)+ H₂O(l)+ 2MnO₂(s) → Mn₂O₃(s)+ 2NH₄OH(aq) + ZnCl₂(aq)

As pilhas antigas quando rebentavam cheiravam a peixe devido ao ião amónio NH₄⁺. Entretanto, se se usar como electrólito o próprio ZnCl₂ teremos (e não vou colocar estados físicos)  

2MnO₂ + ZnCl₂ + H₂O + 2e⁻ → Mn₂O₂ + Zn(OH)₂ + 2Cl⁻ 

Assim, vemos que outras pilhas antigas quando rebentam têm resíduos brancos de hidróxido de zinco

 
Zn + H₂O + 2MnO₂ → Mn₂O₃ + Zn(OH)₂
 

Por outro lado, as baterias alcalinas podem ser  

Zn + 2K(OH) → 2K⁺ + ZnO + H₂O + 2e⁻ 2MnO₂ + H₂O + 2e⁻ → Mn₂O₃ + 2OH⁻  

ficando  

Zn + 2MnO₂ → ZnO + Mn₂O₃ 

Tanto as pilhas ácidas como as pilhas alcalinas só descarregam a sua energia e devem ser recolhidas e recicladas. As baterias dos carros são de chumbo e são recarregáveis  

PbO₂ + 4H+ +SO₄²⁻ + 2e⁻ → 2H₂O + PbSO₄  

Pb +SO₄²⁻ → 2e⁻ + PbSO₄ 

ficando 

PbO₂ + Pb + 4H⁺ +2SO₄²⁻ → 2H₂O + 2PbSO₄  

Estas pilhas descarregam em sentido directo e carregam em sentido inverso. Nos carros o dinâmo faz esse papel, mas as baterias não são eternas e tẽm de ser substituídas. A reciclagem é mesmo obrigatória pois o chumbo é um metal pesado. 

As baterias de níquel-cádmio podem também ser recarregáveis 

2NiO(OH) + 2H₂O + 2e⁻ → 2OH- + 2Ni(OH)₂ 

Cd + 2OH ⁻ → + 2e⁻ + Cd(OH)₂ 

ficando 

2NiO(OH) + 2H₂O + Cd → Cd(OH)₂ + 2Ni(OH)₂  

Mais uma vez a reciclagem é obrigatória pois o níquel e o cádmio são tóxicos. 

 

As bateiria de ião de lítio usadas nos telemóveis seguem as equações 

LiC → e⁻ + Li⁺ + C 

CoO₂ + Li⁺ + e⁻ → LiCoO₂ 

ficando LiC+ CoO₂ → C+ LiCoO₂ 

Não sendo o cobalto e o lítio tão tóxicos poder-se-ia pensar que não era tão necessário reciclar. Sim, é preciso mesmo, não só por ser ambientalmente muito melhor, mas porque estes materiais são limitados. 

Há muitas outras pilhas. Uma curiosidade que vi recentemente são as pilhas de lítio cloreto de tionilo que não sendo recarregáveis aguentam muito tempo. Estas seguem as esquações,

Li → Li⁺ + e⁻  

2SOC1₂ + 4e⁻ → 4Cl⁻+ SO₂ + S 

ficando 

4Li + 2SOC1₂ → 4LiCl+ SO₂ + S

 

 ¹ Não faz sentido recear as equações químicas ou achar que estas não são interessantes. A representação simbólica das reações químicas é algo que se aprende (ou devia aprender) no ensino básico e tem muita informação química. Desde logo os elementos envolvidos. Temos o zinco (Zn), o lítio (Li), o cobalto (Co) entre outros.  Estes elementos estão representados na conhecida tabela periódica. Depois a representação das moleculas e das quantidades e os estados físicos. Por exemplo 2NH₄Cl(aq) significa duas unidades estuturais de cloreto de amónio NH₄Cl) o qual é constutuido por um nitrogénio (N), um cloro (Cl) e quatro hidrogénios (H), em meio aquoso. O lado esquerdo da seta indica os reagentes e o lado direito os produtos. Obviamente a massa e as quantidades têm de se conservar. Daí acertar-se a equação. O que é menos conhecido é que não podendo acertar uma equação estamos na presença de um processo que não existe e se houver várias maneiras de acertar uma equação (e não me refiro à simples multiplicação por um númnero), esta reação tem várias possibilidades de ocorrer. As equações químicas podem ser somas de outras equações (foi isso que fiz em alguns casos) e conservar-se não só a massa como a carga. Não receie as equações químicas. Perceba-as e use-as!