Em Eletroquímica, uma pilha (bateria ou célula galvânica) costuma ser definida como um processo espontâneo no qual a energia química é transformada em energia elétrica.
Por exemplo, as pilhas comuns que costumamos usar em aparelhos eletrônicos possuem em seu interior uma série de espécies químicas, entre elas metais e soluções eletrolíticas que causam reações de oxidorredução (com perda e ganho de elétrons), que geram uma diferença de potencial (ddp). Os elétrons, por apresentarem carga negativa, migram do eletrodo negativo, denominado ânodo, que é o metal com maior tendência de doar elétrons; para o positivo, que recebe o nome de cátodo (metal com maior tendência de receber elétrons). Desse modo é gerada uma corrente elétrica que faz o equipamento funcionar.
Todas as pilhas baseiam-se nesse mesmo princípio de funcionamento. Pensando nesses termos é possível produzir uma pilha utilizando limão, laranja, tomate, batata e refrigerante; pois todos esses materiais citados possuem em seu interior soluções com cátions e ânions, isto é, espécies químicas com cargas positivas e negativas, respectivamente, e que podem sofrer migrações se estabelecida uma conecção, gerando corrente elétrica. Veja como isso é possível na explicação a seguir:
Os materiais que precisaremos usar nesse experimento são:
- 1 limão (ou qualquer um dos materiais mencionados);
- 1 faca;
- 1 lâmpada LED (ou um voltímetro que pode ser comprado em lojas de material eletrônico. Você também pode usar uma calculadora ou um relógio digital);
- 1 placa de cobre (pode ser uma moeda de cobre bem limpa com uma palha de aço);
- 1 placa de zinco (pode ser um prego de zinco que também deverá ser bem limpo com uma palha de aço);
- 2 fios elétricos com garras de jacaré (também é encontrado em lojas de material eletrônico ou de construção. Se você não conseguir as garras de jacaré providencie fios de cobre, um prego e um martelo).
Agora siga os passos especificados abaixo:
1. Faça dois pequenos cortes na casca do limão e enfie em cada um a placa de cobre e a placa de zinco (os metais não devem se tocar);
2. Conecte os fios com as garras de jacaré em cada uma das placas e à lâmpada do outro lado. Se você não tiver as garras de jacaré, faça o seguinte: com o prego e o martelo, faça um furo na parte de cima de cada uma das placas e passe o fio de cobre por ele, enrolando-o bem e deixando-o bem em contato com a placa. A outra extremidade de cada um dos dois fios deve ser ligada à lâmpada.
3. Observe a lâmpada se acender. No caso do voltímetro, ele mostrará quanto de corrente elétrica está sendo produzido. A calculadora e o relógio irão funcionar.
A seguir temos o uso de um voltímetro:
Você também pode realizar esse experimento ligando vários limões em série, como mostrado abaixo. Quanto mais limões você colocar, maior será a intensidade da corrente elétrica e mais forte será o brilho da lâmpada.
Explicação:
O limão é ácido, e segundo a teoria de Arrhenius, todo ácido possui íons H+ em meio aquoso. Portanto, o suco de limão é uma solução eletrolítica que possui espécies químicas com cargas positivas e negativas.
O limão faz o papel do eletrólito. A placa de zinco se oxida (perde elétrons) porque o zinco possui maior potencial de oxidação que o cobre, e na placa de cobre ocorre a redução do H+ presente no eletrólito. Assim, as placas são os eletrodos dessa pilha, sendo a placa de zinco o ânodo (polo negativo que perde elétrons) e a placa de cobre o cátodo (polo positivo que recebe os elétrons).
A corrente gerada é pequena, mas suficiente para fazer certos objetos, tais como a lâmpada LED, a calculadora, o voltímetro e o relógio digital, funcionarem. Em condições ideais, um único limão pode manter um relógio funcionando por uma semana!
O tomate e a laranja também são ácidos e funcionam da mesma forma. O refrigerante contém ácido fosfórico que faz esse mesmo papel. Já a batata é básica, portanto, o seu funcionamento é em razão da presença de cátions OH-.