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Diferença de potencial de uma pilha

A diferença de potencial de uma pilha é também denominada de força eletromotriz, e pode ser medida por meio de um voltímetro. Existe um potencial de redução e um potencial de oxidação em ambos os eletrodos que compõem a pilha. Estes possuem valores iguais, e sinais diferentes.

A medição da diferença de potencial (ddp) de uma pilha é registrada pelo aparelho denominado voltímetro
A medição da diferença de potencial (ddp) de uma pilha é registrada pelo aparelho denominado voltímetro
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Considere duas pilhas envolvendo o eletrodo de cobre:

pilhas de zinco-cobre e cobre-prata
Pilhas zinco-cobre e cobre-prata.

Na primeira pilha, conhecida como pilha de Daniell, os eletrodos são de zinco e de cobre e notamos que o zinco sofre oxidação, ou seja, doa elétrons para o cobre, sendo, portanto, o ânodo. O eletrodo de cobre, por sua vez, funciona como o cátodo, recebendo elétrons e se reduzindo.

Entretanto, é possível observar que na segunda pilha, a de eletrodos cobre-prata, o cobre funciona não como cátodo, mas como ânodo, oxidando desta vez.

Isso nos mostra que comparando esses três eletrodos, a tendência de sofrer redução funciona da seguinte maneira:

Zinco < Cobre < Prata

Assim, essa capacidade de sofrer redução é chamada de Potencial de Redução (Ered). Visto que esse valor depende da pressão, temperatura e concentração da solução, determinou-se um potencial-padrão (ou normal, em 25°C, pressão de 1atm, e concentração de 1,0 mol/L) que é identificado pelo símbolo E0. O contrário também é verdadeiro, existe o Potencial de Oxidação (Eóxi), que nesse caso tem a ordem crescente:

Zinco > Cobre > Prata

Quanto menor o potencial-padrão de redução, maior a capacidade que o metal possui de doar elétrons e vice-versa. De maneira similar, quanto menor o potencial-padrão de oxidação, maior a capacidade que o metal possui de receber os elétrons e vice-versa. 

Em uma pilha, a espécie que apresenta maior Ered sofre redução e a outra espécie, de maior Eóxi, sofre oxidação.

Se adaptarmos um voltímetro, como o da figura acima, em uma dessas pilhas, será medida a intensidade da corrente elétrica produzida por elas, isto é, a sua força eletromotriz (fem ou E) ou diferença de potencial (U ou ddp)*. O valor é indicado em volts (V), aparecendo normalmente nas embalagens e rótulos das pilhas.

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diferencial de potencial de uma pilha mostrada no rótulo
Diferença de potencial (U ou ddp) de uma pilha mostrada no rótulo.

A força eletromotriz pode ser expressa em termos de potencial de redução ou de oxidação. É importante lembrar que esses potenciais têm o mesmo valor, porém possuem sinais contrários.

Para calcularmos a voltagem de uma pilha no estado padrão, usamos a seguinte expressão:

∆E0 =  E0red (cátodo)  -  E0 red (ânodo)

ou

∆E0 =  E0oxi (ânodo) -  E0 oxi (cátodo)

Desse modo, os valores absolutos de cada eletrodo não aparecem no voltímetro, mas sim a diferença de potencial entre eles.


*Consideramos a diferença de potencial igual à força eletromotriz, porque o cálculo da diferença de potencial de um gerador é dado pela equação: U = E – r.i, onde:

U = diferença de potencial
E = força eletromotriz
r = resistência interna
i= intensidade da corrente elétrica

Mas, na Química, consideramos as pilhas como geradores ideais, de modo que sua resistência interna seja desprezível em relação ao circuito elétrico. Dessa maneira, temos que U = E.

Escritor do artigo
Escrito por: Jennifer Rocha Vargas Fogaça Escritor oficial Brasil Escola

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas. "Diferença de potencial de uma pilha "; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/diferenca-potencial-uma-pilha.htm. Acesso em 30 de março de 2025.

De estudante para estudante


Videoaulas


Lista de exercícios


Exercício 1

Baseado na lista de potenciais padrões de redução abaixo, responda qual espécie química entre os íons indicados nas alternativas é o melhor agente oxidante:

a)      Li0

b)      Na+

c)       Zn2+

d)      Cu2+

e)      I2

Exercício 2

Considere as seguintes semirreações para uma determinada pilha:

Ag+ + e- ↔ Ag0                                               E0= +0,80 V

Mg2+ + 2e- ↔ Mg0                         E0= -2,37 V

a. Qual é a semirreação de cada eletrodo?

b.Identifique o cátodo, o ânodo, o polo negativo e o polo positivo.

c.Qual é o valor de ∆E0?

d.Qual é o melhor agente oxidante da pilha?

Exercício 3

(Unifesp) A bateria primária de lítio-iodo surgiu em 1967, nos Estados Unidos, revolucionando a história do marca-passo cardíaco. Ela pesa menos que 20g e apresenta longa duração, cerca de cinco a oito anos, evitando que o paciente tenha que se submeter a frequentes cirurgias para trocar o marca-passo. O esquema dessa bateria é representado na figura.

Para esta pilha, são dadas as semirreações de redução:

Li+ + e→ Li                        E0= – 3,05 V

I2 + 2e → 2I–                               E0 = + 0,54 V

São feitas as seguintes afirmações sobre esta pilha:

I. No ânodo ocorre a redução do íon Li+.

II. A ddp da pilha é + 2,51 V.

III. O cátodo é o polímero/iodo.

IV. O agente oxidante é o I2.

São corretas as afirmações contidas apenas em:

a) I, II e III.

b) I, II e IV.

c) I e III.

d) II e III.

e) III e IV.

Exercício 4

(PUC-SP) As pilhas de níquel-cádmio (“ni-cd”) são leves e recarregáveis, sendo utilizadas em muitos aparelhos portáteis, como telefones e câmaras de vídeo. Essas pilhas têm como característica o fato de os produtos formados durante a descarga serem insolúveis e ficarem aderidos nos eletrodos, permitindo a recarga quando ligada a uma fonte externa de energia elétrica.

Com base no texto e nas semirreações de redução fornecidas a seguir, a equação que melhor representa o processo de descarga de uma pilha de níquel-cádmio é:

Cd2+(aq) + 2 e- ↔ Cd(s)                                                   E0= – 0,40 V

Cd(OH)2(s) + 2 e- ↔ Cd(s) + 2OH-(aq)                          E0= – 0,81 V
Ni2+(aq) + 2 e- ↔ Ni(s)                                                                E0= – 0,23 V

Ni(OH)(s) + 1 e- ↔ Ni(OH)2(s) + OH-(aq)                     E0= + 0,49 V

a)      Cd(s) + 2 Ni(OH)3(s) → Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s)

b)      Cd(s) + Ni(s) → Cd2+(aq) + Ni2+(aq)

c)       Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s) → Cd(s) + Ni(s)

d)      Cd2+(aq) + Ni2+(aq) → Cd(s) + Ni(s)

e)      Cd(s) + Ni(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) +Ni2+(aq)