As Pilhas e Eletrólise

...

TALES DE MILETO

A eletrificação de certos materiais pelo atrito, fenômeno que hoje chamamos de eletricidade estática, foi inicialmente descrito na antiguidade grega. Os gregos consideram Tales o mais antigo de seus filósofos e supõe-se que ele trouxe seu conhecimento do Egito. Tales é considerado um dos precursores da Ciência, pois procurou substituir explicações místicas sobre o universo por explicações com algum cunho científico. Consta que tenha medido a altura de uma pirâmide egípcia a partir de sua sombra, comparando-a com a sombra de uma pequena haste, aplicando a semelhança de triângulos. Para Tales e seus seguidores, deveria existir uma substância única (substância fundamental) que permaneceria imutável mesmo participando de fenômenos mutáveis do universo. Segundo eles, essa substância era a água. Os astros teriam natureza terrestre, embora fossem todos incandescentes como o Sol, e a Lua seria iluminada pela luz solar, o que possibilitaria a explicação dos eclipses lunares.3

Existe uma lenda que diz ter Tales previsto a ocorrência de um eclipse solar, que de fato ocorreu segundo cálculos astronômicos atuais em 585 a.C. Essa previsão teria sido utilizada para assustar os exércitos que participavam de uma guerra, fazendo-os acertar um acordo de paz. O primeiro registro de fenômenos eletrostáticos vem dessa época, segundo os quais tecelões ao esfregarem bastões feitos de âmbar (resina vegetal fossilizada) em lã de ovelha (ou até em pelo de gato) observavam que os referidos bastões adquiriam a capacidade de atrair pequenos pedaços de palha de milho. O mesmo ocorria com os carretéis (feitos de âmbar) usados para enrolar fios de lã ou algodão. Após o constante atrito do carretel com os fios, eles passavam a atrair outros pedaços de fios ou mesmo a eriçar o pelo dos braços dos tecelões. Dos filósofos antigos, apenas de Tales temos algum registro sobre Eletricidade.3 (Ver Apêndice 1)

GARRAFA DE LEYDEN

Nos primórdios dos estudos da eletricidade não existiam meios para armazenar a eletricidade por períodos prolongados. Mesmo mantendo um corpo carregado sobre bases muito bem isoladas as cargas tendiam a desaparecer rapidamente. A perda do "fluido elétrico" (carga) era atribuída a alguma forma de evaporação, de modo que procurava-se uma forma de "condensar" a carga. Em 1745, E. G. von Kleist, um clérigo alemão, imaginou que guardando a água carregada numa garrafa seria possível reduzir a perda de carga. Ele colocou água numa garrafa de vidro, tampou-a com uma rolha e espetou um prego através da tampa, que entrava em contato com a água. Segurando a garrafa com uma das mãos, conectou o prego a uma máquina de carregar "fluido elétrico" por um certo tempo, antes de desconectá-lo. Sendo um amador von Kleist cometeu o erro de não colocar a garrafa sobre uma superfície isolante. Quando tocou no prego com a outra mão recebeu um tremendo choque.5

Mais tarde ele descobriu que a garrafa pode manter-se carregada por longos períodos, desde que não seja mexido. Outras pessoas tentaram reproduzir o experimento, sem sucesso, pois procediam da forma usual, isolando a garrafa enquanto a carregavam. Três meses depois, em 1746, Pieter van Musschenbroek, um professor na Universidade de Leiden, percebeu que era necessário segurar a garrafa tanto durante a carga quanto durante a descarga. Durante o carregamento, o condutor interno carregado (a água) induz uma carga oposta no outro condutor (a mão), que fica conectado à terra por meio de um condutor (o corpo). O choque é sentido quando as cargas passam de uma mão para a outra. O processo de descarga é muito mais rápido que o de carga. Outros, logo perceberam que a água poderia ser substituída por bolinhas de chumbo. Mais tarde, as bolinhas de chumbo e a mão foram substituídas por folhas de metal cobrindo as superfícies interna e externa da garrafa de vidro. Depois, Benjamin Franklin substituiu a garrafa de vidro por uma placa plana de vidro. Finalmente, o mais simples destes dispositivos passou a ser duas placas metálicas paralelas separadas por ar. Surgia assim o "condensador", hoje mais conhecido como capacitor.5 (Ver Apêndice 2)

JOHN FREDERIC DANIELL (PILHA DE DANIELL)

Em 1836, o químico e meteorologista inglês John Frederic Daniell (1790-1845) construiu uma pilha diferente da até então conhecida na época: a pilha de Alessandro Volta. Nesta pilha ele interligou dois eletrodos, que eram sistemas constituídos por um metal imerso em uma solução aquosa de um sal formado pelos cátions desse metal. Um dos eletrodos, o eletrodo de cobre, era constituído de uma placa de cobre mergulhada em uma solução de sulfato de cobre (CuSO4). O outro eletrodo era o de zinco, constituído de uma placa de zinco mergulhada em uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4).1

Esses dois eletrodos foram interligados por um circuito elétrico que continha uma lâmpada, pois se ela acendesse, indicaria o surgimento de uma corrente elétrica. Além disso, havia uma ponte salina entre elas. Essa ponte era constituída de um tubo de vidro em U contendo uma solução aquosa concentrada de um sal bastante solúvel, como o cloreto de potássio (KCl(aq)), por exemplo. As extremidades do tubo são revestidas com um algodão ou com ágar-ágar.1

Com o circuito fechado, a lâmpada se acende e após, algum tempo, a placa de zinco é corroída e tem a sua massa diminuída, já na placa de cobre ocorre o contrário, sua massa aumenta. Nota-se também que há um aumento da concentração em mol/L dos íons Zn2+ e uma diminuição dos íons Cu2+. No eletrodo de Zinco ocorre a seguinte reação em equilíbrio:1

Zn(s) ↔ Zn2+(aq) + 2 e-

Isso significa que o zinco metálico (da placa) sofre oxidação, isto é, doa dois elétrons para o cátion zinco (da solução) e se transforma em Zn2+. O inverso também ocorre, o cátion zinco presente na solução recebe os dois elétrons doados pelo zinco e se transforma em zinco metálico. Ocorre, portanto, um processo de oxidação e redução ininterrupto. O mesmo se aplica ao eletrodo de cobre, que terá a reação global em equilíbrio dinâmico:1

Cu(s) ↔ Cu2+(aq) + 2 e-

Daniell percebeu que se ligasse esses dois eletrodos, o mais reativo doaria seus elétrons para o cátion menos reativo em vez de fazer isto com os cátions da sua própria solução. Neste caso, o zinco é o mais reativo e sofre oxidação, doando os elétrons para o cobre, por isso a diminuição da sua massa. O eletrodo que sofre oxidação é o polo negativo, chamado de ânodo. O eletrodo de cobre é o que sofre a redução, o cátion cobre recebe os dois elétrons do zinco, e é denominado