Pilha Seca de Leclanché

São pilhas comuns que usamos em rádios, lanternas, relógios, brinquedos, gravadores etc., que tem como sua principal aplicação a alimentação de equipamentos portáteis e aparelhos elétricos. Consideradas as mais baratas que usamos em nosso cotidiano. [1]

As primeiras pilhas inventadas usavam recipientes contendo soluções aquosas como eletrodos. Um exemplo disso é a Pilha de Daniel que era formada por uma lâmina de zinco, mergulhada numa solução de sulfato de zinco e em outro recipiente separado, uma lâmina de cobre numa solução de sulfato de cobre. [2]

A Pilha de Leclanché foi inventada em 1866 pelo químico francês George Leclanché(1839-1882), na qual se denominou como pilha seca, pois até então só existiam pilhas que usavam soluções aquosas. [1]

Na verdade, esse tipo de pilha não é seca, o que nos leva a discordar de seu nome. Pois dentro dela há uma pasta aquosa, úmida; ou seja recebeu essa denominação para diferenciá-la,  porque era revolucionária, na época em que foi criada.

Tal pilha produz uma voltagem de apenas 1,5 V; mas pode ser melhorada com seu uso descontínuo, ou seja, alternar períodos de uso com repouso fora do produto. [3]

Constituintes:

·        Zinco (Zn) eletrodo do ânodo;

·        Grafite (carbono) eletrodo inerte de polo positivo, cátodo;

·        Mistura de dióxido de Manganês (MnO₂) e Cloreto de Amônio (NH₄Cl) que forma uma pasta úmida, que funciona como eletrólito;

·        MnO₂ aglomerado a amônio (NH₄⁺) reduz-se;

·        Invólucros externos. [4]

Funcionamento:

 O zinco corresponde ao polo negativo da pilha (Ânodo), pois ele se oxida, perdendo dois elétrons. O cátodo é representado por uma barra de grafite instalada no meio da pilha, envolvida por dióxido de manganês (MnO₂), carvão em pó (C) e por uma pasta úmida contendo cloreto de amônio (NH₄Cl), cloreto de zinco (ZnCl₂) e água (H₂O).

A barra de grafite conduz os elétrons perdidos pelo zinco até o manganês, ocorrendo a redução do dióxido de manganês (MnO₂) a trióxido de manganês (Mn₂O₃).

A pasta úmida funciona como ponto salina, permitindo a migração dos ânions hidroxila (OH^-) do grafite para o zinco.[5] 

Reações:

Ânodo:

Oxidação do invólucro interno de Zinco Metálico:

Zn_(s)  ->2e- + Zn_{2 (aq)}
 

Cátodo:
Redução do manganês, com ganho de 1 elétron.
Liberação de um cátion  H+ do íon amônio, sendo este último transformado em amoníaco:

2 MnO_2(s) + 2 NH₄⁺ _(aq) + 2e  -> 2 Mn(HO) _(s) +2 NH_{3 (aq)}

Equação Global:
Zn_(s) + 2 MnO_{2 (s)} + 2 NH₄⁺ _(aq) -> 2 Mn(OH) _(s) + 2 NH_{3 (aq)} + Zn₂⁺_(aq)

A formação de amoníaco dificulta a passagem dos elétrons do elétrodo de carbono para o eletrólito, pois, uma vez formados, aglutinam-se à grafite- barreira. [6]

Referências 

http://www.brasilescola.com/quimica/pilha-seca-leclanche.htm [1]

http://www.alunosonline.com.br/quimica/pilha-seca-leclanche.html [2]

http://www.mundoeducacao.com/quimica/pilha-seca-leclanche.htm [3]

http://prezi.com/hbd2mepmirrv/pilha-de-leclanche-e-pilha-alcalina [4]

http://pt.slideshare.net/Smookew/deu-22464714 [5]

http://prezi.com/hbd2mepmirrv/pilha-de-leclanche-e-pilha-alcalina/ [6]

Elementos Radioativos

Existem cerca de 90 elementos químicos estáveis, isto é, que apresentam um átomo de núcleo estável eletricamente. Ocorre que, por apresentar carga elétrica igual (carga positiva), os prótons tendem a tornar o núcleo atômico cada vez mais instável à medida em que vai se chegando a elementos químicos mais pesados, isto é, com uma quantidade maior de prótons aglomerados no núcleo do átomo. Dessa forma, elementos químicos de alto peso molecular tendem a emitir partículas nucleares. Este fenômeno recebe o nome de radioatividade.

Dentre os elementos químicos radioativos, destacam-se o Urânio (U), o Polônio (Po), o Rádio (Ra) e o Césio (Cs).

Urânio

O elemento químico urânio possui número atômico 92 e massa atômica 238,07. É extraído da natureza na forma de um óxido, em concentrações minerais baixas. O urânio encerra os elementos químicos naturais, isto é, a partir dele, todos os demais classificados na Tabela Periódica são artificiais. Seu principal óxido é o óxido uranoso, de fórmula molecular UO₂, de aspecto negro do qual é extraído cristais de coloração verde. Outro minério de elevada importância é a uraninita, de fórmula molecular U₃O₈, a qual tem servido de maior fonte de urânio ultimamente. O urânio está na história da radioatividade, tendo sido o elemento responsável pelo descobrimento das emissões radioativas em uma série de experimentos. Sua série de desintegração radioativa dá origem ao elemento plutônio.

Polônio

O elemento químico polônio possui número atômico 84 e massa atômica 209. Sua nomenclatura está associada a uma homenagem a Pierre e Marie Curie (Polônia). O polônio pode ser extraído pela sua alta solubilidade em soluções ácidas diluídas. Trata-se de um metal volátil, de baixíssimo ponto de fusão. É tido como uma das substâncias de maior intensidade de emissões radioativas dentre todas as outras.

Rádio

O elemento químico rádio apresenta número atômico 88 e massa atômica 226,05. Trata-se de um metal alcalino terroso (localizado na Família 2A da Tabela Periódica), sendo muito raro naturalmente. Apresenta uma importante emissão gama, a qual é utilizada industrialmente na esterilização de alguns alimentos. Uma de suas séries de desintegrações radioativas forma os elementos hélio e radônio.

Césio

O elemento químico césio possui número atômico 55 e massa atômica 132,9. Trata-se de um metal alcalino (Família 1A da Tabela Periódica), sendo encontrado no estado líquido em temperaturas superiores a 28 °C. É utilizado desde 1967 pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) como determinante para a unidade do tempo segundo, sendo que 1 segundo corresponde a 9.192.631.770 ciclos da radiação de seu isótopo 133 entre dois níveis de energia de seu átomo.

Curiosidade

De onde surgem as radiações?

Geralmente, elas podem ser geradas por fontes naturais ou por dispositivos desenvolvidos pelo homem (rádio AM, FM e forno de micro-ondas).

Luz, micro-ondas, ondas de rádio AM e FM, laser, raios X e raios gama são as formas de radiação eletromagnéticas mais conhecidas. Já feixes de elétrons, feixes de prótons, partículas beta, partículas alfa e feixes de nêutrons são exemplos de radiação de partículas, ou seja, são radiações com massa, que podem originar de átomos de elementos químicos.

Para relembrar:

Isótopos são átomos de um mesmo elemento químico, ou seja, possuem o mesmo número atômico (mesmo número de prótons). No entanto, possuem massas atômicas (soma da quantidade de prótons e nêutrons existentes no núcleo atômico) diferentes.

Referências:

 ATKINS, Peter; JONES, Loreta; Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente, Porto Alegre: Bookman, 2001.

MAHAN, Bruce M.; MYERS, Rollie J.; Química: um curso universitário, Ed. Edgard Blucher LTDA, São Paulo/SP – 2002.

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Modelos atômicos atuais

Modelo de nuvem eletrônica

A pedido dos leitores, segue o modelo atômico aceito na atualidade:

O modelo atômico tido como o mais correto atualmente, com base nos conhecimentos que hoje temos, é o Modelo de Nuvem Eletrônica. Desenvolvido por Erwin Schrödinger com base nos estudos de Borh, mas seguindo uma direção diferente, desenvolveu a função da probabilidade de hidrogênio ( e mais alguns). Tal função descreve basicamente uma região como uma nuvem, onde é possível encontrar os elétrons, pois não podemos dizer com toda certeza onde o elétron realmente está, mas podemos descrever o local onde deveria estar.

Esse modelo diz que:

• A parte central do átomo (núcleo), é constituída de prótons (partículas com carga positiva) e nêutrons (partículas com cargas neutras);
• Em volta do núcleo do átomo, existem os elétrons que ficam girando;
• Os elétrons não têm órbitas bem definidas, possuem movimentos aleatórios em torno do núcleo;
• Na nuvem eletrônica, há elétrons que se encontram preferencialmente mais próximos do núcleo e outras que também por preferencia se encontram mais afastados;
• O tamanho do núcleo é muito pequeno, quando se comparado com o tamanho da nuvem eletrônica, ou seja a maior parte do átomo é um espaço vazio.

Figura: Modelo de Nuvem Eletrônica

Modelo atômico aceito atualmente 

O modelo atômico atual aceita tais princípios:  

• Os elétrons possuem cargas negativas, massa muito pequena, se movem em órbitas ao redor do núcleo atômico;
• O núcleo atômico é constituído de prótons (carga positiva), na qual a massa é aproximadamente 1.837 vezes superior a massa do elétron, e por nêutrons (partículas de cargas nulas) e massa superior a dos prótons;
• Por possuir números iguais de elétrons e prótons, um átomo é eletricamente neutro;
• O número de prótons no átomo se chama número atômico, é por esse valor que determinamos o lugar desse elemento na tabela periódica;
• Cada elemento se caracteriza por possuir um certo número de elétrons, que se distribuem nos diferentes níveis de energia do átomo correspondente;
• Os níveis energéticos (ou camadas), são representadas pelos símbolos K,L,M,N,O,P e Q;
• Cada camada possui uma quantidade máxima de elétrons. A camada que se localiza mais perto do núcleo é a K, ela comporta apenas dois elétrons, a camada L,oito, M, dezoito, N, trinta e dois, O, trinta e dois, P, dezoito e Q possui apenas oito;
• A camada de valência, ou também conhecido como elétrons de valência, são os elétrons da última camada (a mais afastada do núcleo), responsáveis pelo comportamento químico de cada elemento;
• O número de massa é equivalente à soma do número de prótons e nêutrons presente no núcleo;
• O átomo pode perder elétrons, carregando-se positivamente, é chamado de íon positivo (cátion);
• Quando um átomo recebe elétrons, se torna negativo, sendo chamado de íon negativo (ânion);
• O deslocamento dos elétrons provoca uma uma corrente elétrica, o que dá origem a todos os fenômenos relacionados à Eletricidade e ao magnetismo.
• No núcleo do átomo existem duas forças de interação a chamada interação nuclear forte, responsável pela coesão do núcleo, e a interação nuclear fraca, ou força forte e força fraca respectivamente;
• As forças de interação nuclear são responsáveis pelo comportamento do átomo quase em sua totalidade;
• As propriedades físico-químicas de um determinado elemento são dadas pela sua configuração eletrônica, contando principalmente pela estrutura da última camada (camada de valência);
• As propriedades que são atribuídas aos elementos na tabela, se repetem ciclicamente, por isso se denominou como tabela periódica dos elementos;
• Os isótopos são átomos de um mesmo elemento com mesmo número de prótons (podendo ter quantidades diferentes de nêutrons);
• Os isótonos são átomos que possuem o mesmo número de nêutrons;
• Os isóbaros são átomos que possuem o mesmo número de massa;
• Os isóbaros são átomos que possuem o mesmo número de massa;
• Através da radioatividade alguns átomos atuam como emissores de radiação nuclear, esta constitui a base do uso da energia atômica.

Ácidos e Bases - Teorias Propostas.

    Neste post, veremos as principais definições de ácido e bases.
Os ácidos e bases geralmente são considerados como substâncias perigosas, corrosivas e capazes de dissolver metais com muita facilidade. Entretanto, tais substâncias estão mais presentes em nosso cotidiano do que imaginamos, sendo de extrema importância na vida do planeta.
Possuem vasta aplicabilidade na indústria, além de serem componentes usuais em refrigerantes, medicamentos, produtos de limpeza ,alimentos e cosméticos.

Definição de Arrhenius:
 

 

Arrhenius ficou famoso devido a sua célebre teoria da dissociação iônica

A definição mais tradicional de ácidos e base, foi apresentada em 1887 pelo químico sueco Svante Arrhenius como parte de sua teoria da dissociação eletrolítica.

Segundo Arrhenius ácidos são compostos que, em solução aquosa, se ionizam produzindo como íon positivo apenas cátion hidrogênio (H+). 

Enquanto que bases são compostos que, por dissociação iônica, liberam, como íons, apenas hidroxila (OH-).

A reação de neutralização se da pela reação entre essas duas espécies formando água:

Esta teoria foi extremamente importante, pois provocou o desenvolvimento de várias linhas de pesquisa, contribuindo para estabelecer as bases científicas da química analítica.

Entretanto, a teoria está restrita a soluções aquosas, não considerando compostos sólidos e solventes diferentes de água.

Definição de Bronsted-Lowry:

  

    Também conhecida por teoria protônica, foi proposta em 1923 por G. Lewis, T. Lowry e J. Bronsted. Sendo o último o que mais contribuiu para o desenvolvimento da mesma.

  Segundo a teoria: ácidos são todas as espécies químicas (molécula ou íon) capaz de ceder prótons (H+) . Enquanto as bases são todas as espécies químicas (molécula ou íon) capaz de receber prótons (H+). Veja o esquema a seguir:

A reação de neutralização acontece a partir da transferência de prótons entre um ácido e uma base:

  

 Esta teoria permitiu o estudo em sistemas fortemente ácidos, sistemas sólidos, desenvolvimento de indicadores, estudo de catálise ácido-base, estudo de próton-afinidade em fase gasosa entre outros. 

Entretanto, a teoria não permite prever o caráter básico ou ácido de espécies químicas sem a presença de hidrogênio.

Definição de Lewis:

    E por fim, porém não menos importante: Teoria De Lewis. Como consequência de sua teoria do par eletrônico para explicar as ligações química, G.N.Lewis em 1923 propôs a sua teoria acido-base. 

A teoria considera que bases são todas as espécies químicas (molécula ou íon) capazes de cederem pares eletrônicos para formar ligações dativas. Visto que, ácidos são todas as espécies químicas (molécula ou íon) capazes de receberem pares eletrônicos em ligações dativas.

 

 A neutralização consiste em formação de uma ligação covalente dativa (também chamada de ligação coordenada) entre ácido e base:

 

Exemplo:

A teoria de Lewis foi proposta a fim de eliminar todas as limitações mencionadas, podendo ser aplicada a qualquer espécie química, sem exceção.

  Deixem nos comentários suas dúvidas e sugestões.

Ligações químicas interatômicas

Por que os átomos se ligam?

São conhecidos na natureza pouco mais de 100 elementos. Porém, já foram caracterizados cerca de 10 milhões de compostos químicos. Estes compostos são formados por combinações específicas de átomos de elementos diferentes, ou seja, átomos se unem para formar compostos com propriedades específicas ou moléculas.

Uma propriedade que quase todos os átomos possuem é a capacidade de se combinar para formar espécies mais complexas. A maneira como os átomos formam as ligações químicas está relacionado com sua estrutura eletrônica. 

A formação de substâncias é resultado da união dos átomos afim de seguir uma tendência geral da natureza: procurar atingir uma situação ou estado de maior equilíbrio ou estabilidade. Uma molécula só será formada se esta for mais estável e tiver menor energia do que os átomos individuais. Como os átomos de todos os elementos são instáveis (com exceção dos gases nobres), todos eles têm tendência de formar moléculas através do estabelecimento de ligações. 

Os gases nobres, são encontrados na natureza na forma de átomos isolados. Isso acontece porque eles têm a última camada da eletrosfera completa, ou seja, com 8 elétrons. 

Teoria do octeto

Os cientistas Walter Kossel e Gilbert N. Lewis, por volta de 1916, elaboraram um modelo para ligações químicas, ao perceberem a existência de um grupo de átomos que são encontrados isolados, e que não participavam de ligações químicas. Esse grupo é chamado de gases nobres, e a estabilidade do átomo é atribuída à existência de 8 elétrons na última camada (camada de valência), pelo fato dessa configuração pertencer a esses gases, com exceção do Hélio (He), que possui 2 elétrons na última camada. Essa teoria ficou conhecida como regra do octeto.

A regra do octeto, resumidamente, diz que os átomos tendem a combinar-se para adquirirem a estrutura eletrônica do gás nobre mais próximo na tabela, tornando-se assim, estáveis. Dessa maneira, para se estabilizarem, os átomos podem ganhar, perder ou compartilhar elétrons.

As ligações químicas podem ser classificadas em três categorias:

• Iônica;
• Covamente molecular, dativa e coordenada;
• Metálica.

Ligação iônica

Ligação iônica ou eletrovalente é aquela que se estabelece por meio da transferência definitiva de elétrons entre átomos. 

A atração entre os átomos que formam o composto é de origem eletrostática. 

Sempre um dos átomos perde elétrons, enquanto o outro recebe. O átomo mais eletronegativo arranca os elétrons do de menor eletronegatividade.
Nas ligações iônicas o doador de elétrons é um METAL, enquanto o receptor é um NAO-METAL.

Normalmente ligação química entre metais alcalinos (Li, Na, K) e halogênios (F, Cl), e leva a formação de sais. 

Na formação do cloreto de sódio (sal de cozinha), a partir do sódio e do cloro. Vejamos:

O átomo de sódio na sua camada mais externa (M) possui apenas um elétron. Para adquirir a configuração de um gás nobre, ele precisa perder um elétron, pois dessa forma sua camada de valência passará a ser a L, com oito elétrons. Já o átomo de cloro possui sete elétrons na sua camada mais externa. Se receber mais um elétron, passará a ter configuração semelhante a de um gás nobre, ficando com oito elétrons.

Assim, o átomo de sódio doa o elétron da última camada, tornando-se um íon positivo (cátion), ao átomo de cloro, que por sua vez transforma-se em um íon negativo (ânion).

As ligações iônicas formam compostos iônicos. Algumas propriedades de compostos iônicos são:

• São sólidos nas condições ambiente;
• Apresentam altos pontos de fusão e ebulição ;
• São condutores de eletricidade quando no estado liquido (fundidos) ou quando dissolvidos em água;
• A maioria dos compostos são solúveis em água.

Ligação covalente

As ligações covalentes ocorrem por compartilhamento de elétrons entre os átomos envolvidos, geralmente são ligações estabelecidas entre ametais e ametais, e entre ametais e hidrogênio. Tais elementos eletronegativos, ou seja, que  tem a tendência de receber elétrons.
Através da ligação covalente os átomos envolvidos podem “usar” o elétron do outro átomo, e juntamente com os seus adquirir uma configuração mais estável.

As ligações covalentes podem ocorrer na forma Molecular ou Dativa e Coordenada. 

1. Ligação covalente molecular

Nessa ligação, os átomos são unidos devido ao compartilhar de seus elétrons, surgem então os pares eletrônicos indicados pelo círculo: 

Cada par eletrônico formado pertence simultaneamente aos dois átomos. As moléculas são estruturas eletricamente neutras porque não ocorre nem ganho nem perda de elétrons, apenas o compartilhamento. 

2. Ligação covalente dativa e coordenada 

Essa ligação obedece a Teoria do Octeto: Os átomos se unem tentando adquirir oito elétrons na camada de valência, ou seja, a configuração eletrônica dos gases nobres. 
Sendo assim, um átomo que já atingiu a estabilidade eletrônica se une a outro que necessita de elétrons para completar a camada de valência. Um exemplo dessa ligação é quando um átomo de enxofre se liga a dois de oxigênio para formar o dióxido de enxofre (SO2). 

O átomo de enxofre (S) adquire seu octeto com formação de uma dupla ligação com o oxigênio localizado à esquerda (ligação coordenada), mas ao mesmo tempo o oxigênio posicionado à direita necessita de elétrons para completar seu octeto. Surge então a ligação covalente dativa representada por um pequeno vetor (seta). 
A seta indica que o “S” está doando um par de elétrons para o “O”. 

Os compostos formados através de ligações covalentes se classificam da seguinte 
maneiras: Compostos moleculares que são formados por moléculas discretas; e compostos covalentes, formados por macromoléculas, moléculas que apresentem uma sequência muito grande de átomos.

Dependendo do tipo de molécula formada, os compostos obtidos a partir de ligações covalentes apresentam diferentes propriedades. 

      Compostos moleculares:

•  Podem ser encontrados nos estados sólido, líquido ou gasoso nas condições ambientes;
•  Apresentam baixas temperaturas de fusão e de ebulição;
• Dependendo da polaridade da molécula podem ser solúveis em solventes polares ou em solventes apolares;
• Não são capazes de conduzir corrente elétrica quando no estado natural (sólido, líquido e gasoso), mas, dependendo do composto, conseguem realizar a condução de corrente quando dissolvidos em água. Isto ocorre quando as moléculas de água conseguem quebrar as ligações covalentes dando origem a íons, em um processo conhecido por ionização.

     
   Compostos Covalentes:

•  São encontrados geralmente no estado sólido nas condições ambientes.
•  Apresentam altas temperaturas de fusão e de ebulição.
•  São geralmente insolúveis em solventes polares.
•  Não são condutores de corrente elétrica, com exceção do grafite.

Ligação metálica

Os metais apresentam baixa energia de ionização e alta eletropositividade, ou seja, grande facilidade em perder elétrons da camada de valência. Assim, na ligação metálica, os átomos perdem elétrons dessa, formando cátions.

Forma-se uma quantidade muito grande de cátions envolvidos por uma quantidade enorme de elétrons livres. Dizemos que os cátions estão envolvidos por um "mar de elétrons".

 A ligação metálica ocorre pela atração elétrica entre os cátions (íons positivos) e os elétrons livres. Esta atração é muito intensa, o que garante o estado sólido dos metais nas condições ambiente, exceto no caso do mercúrio, o único metal líquido.

O aglomerado organizado de cátions que se forma na ligação metálica é chamado de retículo cristalino metálico.A ligação metálica é a ligação química entre os átomos de metais. Qualquer porção de metal é formada por um número enorme de átomos dispostos de maneira organizada.

Os compostos formados por ligações metálicas tem algumas características como:

• Boa condutibilidade elétrica e térmica;
• Maleabilidade;
• Ductibilidade (grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura);
• Altos pontos de fusão e ebulição;
• Resistência à tração;
• Brilho metálico.

E para encerrar, uma tirinha sobre ligações químicas. 

 Referências:                                                                                                                                                                                                                    

http://adm.online.unip.br/img_ead_dp/33780.PDF

http://www2.ufpa.br/quimdist/Livros/Qu%EDmia%20Geral%20Def%20PDF/Cap%EDtulo%20III%20Liga%E7%F5es%20Qu%EDmicas.pdf

http://educacao.globo.com/quimica/assunto/ligacoes-quimicas/ligacao-ionica.html

http://www.10emtudo.com.br/aula/ensino/ligacao_metalica/