Bateria cítrica
A história da pilha de limão: um experimento de 169 anos!
A pilha de limão é uma atividade experimental muitos conhecida e aplicada nas disciplinas de ciências e química.
É muito frequente encontrarmos exemplos na nossa rotina diária de objetos, receitas ou procedimentos, que usamos, mas não conhecemos bem quem foi o primeiro a inventar aquilo, a história, a origem, o porque daquilo ter sido inventado por alguém. Com a pilha de limão é a mesma coisa.
Aquele que sinta a curiosidade de saber de onde saiu esta ideia (eu me incluo neste grupo), e faça uma busca no google por exemplo, vai achar vários resultados sobre “como fazer uma pilha de limão”, mas nenhum sobre quem a inventou e o porque ele ou ela fez isso.
Como professor, sabemos que as vezes é importante saber um pouco mais sobre aquilo que queremos ensinar. Em atividades que motivam a aguçam a criatividade sempre chovem perguntas de todo o tipo, e muitos gostam de se sentir preparados para responde-las.
Este experimento foi inventado por Chervalier Le Molt e publicado em 1852 na revista Lancet, com o nome de limão voltaico.
Ao contrario do que pensamos inicialmente ele não foi inventado para fins didáticos, mas sim para desmascarar os charlatões da época, que buscavam enganar as pessoas, vendendo objetos como o “cinto hidro-elétrico” e "correntes galvânicas".
Estes dispositivos eram supostas pilhas voltaicas em forma de cintas, cintos e correntes, que ao ser utilizado diariamente "acalmavam dores agonizantes rapidamente, reanimavam membros entorpecidos, reviviam as funções lentas da vida e transmitiam energia renovada e vitalidade a constituições enfraquecidas por várias influência".
Chervalier afirmava que a maioria destes dispositivos eram ineficazes na produção de "corrente voltaica", e sugeriu que utilizando componentes muito mais simples ele poderia montar uma pilha voltaica muito mais eficiente do que estes dispositivos utilizando limões.
Nascia ali a pilha de limão, este é mais um exemplo de que encontramos histórias interessantes onde menos esperamos.
Experimentação investigativa problematizadora
Este experimento muitas vezes é realizado como uma atividade demonstrativa, onde os alunos montam a pilha e utilizam a eletricidade produzida para acender um led, relógio ou calculadora. Ao ver uma pilha de limão pela primeira vez reação dos alunos é uma mistura de curiosidade, motivação e entusiasmo.
O professor pode utilizar a experimentação demonstrativa em sua sequencia didática, problematizando, mediando e criando oportunidades a partir da observações realizadas nesta atividade. Uma outra forma de explorar a pilha de limão é utilizar este aspecto motivador e estimulador para propor uma sequencia didática investigativa-problematizadora. Em atividades investigativas o aluno é o sujeito ativo do processo ensino-aprendizagem, assume uma atitude colaborativa e interage com o professor e outros alunos de uma forma pró-ativa.
Caso você queira se aprofundar um pouco mais neste assunto, e como associa-lo a pilha de limão em uma sequencia de didatica dê uma olhada aqui.
Se pegamos uma atividade experimental que geralmente aplicamos na abordagem tradicional e queremos transforma-la em uma atividade investigativa, o que fazer?
Primeiramente é necessário propor um questionamento inicial, onde, para resolvê-lo, os estudantes construam hipóteses, coletem dados experimentais e apresentem suas conclusões.
A partir daí nós podemos começar a falar em pilha cítrica. Mas porque cítrica? O ácido cítrico é um dos componentes desta pilha. Em sua presença o zinco metálico perde dois elétrons formando citrato de zinco.
Uma atividade investigativa poderia por exemplo conduzir a elaboração de diferentes pilhas com diferentes frutas cítricas para investigar, qual produziria uma bateria com maior diferença de potencial.
Geralmente quando perguntamos o porque de usar o limão pra fazer a pilha, ao invés da laranja por exemplo, a resposta envolve a acidez da polpa do limão. Por isso, outra abordagem seria investigar se existe uma relação direta entre a acidez da polpa da fruta e a voltagem da pilha. Pilhas feitas com frutas que apresentam uma polpa com maior acidez produzem voltagem mais elevada?
Em outra estratégia poderíamos buscar desenvolver uma atividade investigativa para descobrir quais ácidos orgânicos presentes na polpa da frutas cítricas estão diretamente relacionados a um aumento diferença de potencial da pilha. O cítrico, ascórbico, tartárico e o málico são alguns exemplos de ácidos orgânicos encontrados nas frutas. Será que somente a concentração do ácido cítrico afeta diretamente a diferença de potencial da pilha?
Será que o Zn0 oxida e H+ reduz?
Para explicar o funcionamento de pilhas cítricas usamos a oxidação do zinco metálico e a redução de íons hidrogênio.
Será que esta é a explicação correta? Será que alguém, investigou mais profundamente a pilha cítrica, e confirmou experimentalmente que estas reações são responsaveis pela eletricidade produzida?
Os relatos de estudos mais aprofundados da pilha cítrica existem, mas são poucos e em muitos casos publicados em periódicos de acesso fechado.
Em um periódico alemão chamado CHEMKON vários artigos foram publicados sobre o tema:
A bateria de limão uma clarificação.
A eletroquímica da pilha de limão.
Estudos sobre a pilha de limão.
Um fator que dificulta a leitura dos artigos é a linguagem, toda em alemão!
Aqui vai uma explicação resumida do que você pode encontrar nos artigos acima sobre as reações químicas que ocorrem durante o funcionamento da pilha cítrica.
Metais de cobre e zinco são usados como eletrodos, enquanto o ácido cítrico é o eletrólito. Inicialmente os elétrons são enviados através do fio condutor do zinco para o cobre, formando um composto de zinco solúvel (citrato de zinco).
No catodo de cobre, ocorrem diferentes reações dependendo do uso e dos componentes da pilha. Isso faz com que seja difícil determinar com precisão quem recebe estes elétrons e sofre redução.
Ao utilizar a pilha para funcionar dispositivos que consomem pouca energia mais necessitam tensões mais altas, como relógios digitais e calculadoras, a redução do oxigênio molecular ocorre na superfície do cobre.
Os elétrons são transferidos para o oxigênio molecular, que penetra o espaço entre o cobre e o limão, liberando moléculas de agua.
É possível observar o impacto do oxigênio aqui, se deixarmos a pilha funcionar por alguns minutos e então remover o catodo e inseri-lo novamente. Um aumento da voltagem é observado, resultante da redução do oxigênio molecular que foi introduzido entre cobre e limão.
Quando o cobre não é completamente limpo, óxidos de cobre aderidos a superfície também podem ser reduzidos:
Quando o oxigênio é totalmente consumido e em baixas tensões (0,20 V), é possível a redução de íons hidrogênio para formação de gás hidrogênio.
Quando zinco muito puro é utilizado para fazer o anodo da pilha quase nenhum hidrogênio gasoso é formado em ácidos diluídos. No entanto, sabe-se que uma grande quantidade de hidrogênio é formada no caso dos materiais comumente usados (arruelas zincadas, pregos galvanizados, telhas galvanizadas).
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