Em 1836, o cientista John Frederic Daniell (1790-1845) construiu uma pilha formada por dois eletrodos separados em duas semicelas. Como se pode ver na representação abaixo, um dos eletrodos era formado por uma placa de zinco metálico (Zn(s)) mergulhada em uma solução que continha cátions zinco (Zn2+(aq)), como uma solução de sulfato de zinco (ZnSO4(aq)).
Já o segundo eletrodo era formado por uma placa de cobre metálico (Cu(s)) mergulhada em uma solução que continha cátions cobre (Cu2+(aq)), como uma solução de sulfato de cobre (CuSO4(aq)). Esses dois eletrodos eram interligados por um circuito externo, com uma lâmpada, cujo acendimento indicaria a passagem de corrente elétrica:
Esquema da pilha de Daniell ou pilha de zinco-cobre
Além da lâmpada realmente acender, com o passar do tempo, ocorreram outras mudanças no sistema, que foram:
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A placa de zinco foi corroída, perdendo massa;
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A placa de cobre aumentou de massa;
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A solução de sulfato de cobre era azul inicialmente e foi ficando mais descorada.
Pilha de Daniell depois de um tempo de funcionamento
Essas mudanças ocorreram graças às reações de oxidorredução entre os dois eletrodos. Visto que o zinco é mais reativo que o cobre, ele passou a transferir seus elétrons para o cátion cobre do outro eletrodo ao qual estava interligado, por meio do fio condutor. Desse modo, o zinco metálico sofreu oxidação, perdendo elétrons, tornando-se o polo negativo dessa pilha, que é chamado de ânodo. Veja essa semirreação abaixo:
Semirreação do ânodo: Zn( s) ↔ Zn2+(aq) + 2 e-
Portanto, visto que o zinco metálico foi consumido, transformando-se nos cátions zinco, a massa da lâmina de zinco foi diminuindo com o tempo.
Por outro lado, os cátions cobre da solução receberam os elétrons que o zinco transferiu e, desse modo, esses cátions sofreram redução, transformando-se em cobre metálico, como mostra a semirreação abaixo. Dessa forma, esse eletrodo do cobre tornou-se o polo positivo, isto é, o ânodo:
Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- ↔ Cu( s)
A cor azul da solução era ocasionada graças aos cátions cobre dispersos nela. Mas esses cátions foram sendo consumidos, transformando-se em cobre metálico. Por isso, houve diminuição da cor azul da solução e aumento da placa, visto que o cobre metálico formado depositou-se nela.
Assim, a reação global dessa pilha de Daniell pode ser dada por:
Semirreação do ânodo: Zn( s) ↔ Zn2+(aq) + 2 e-
Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- ↔ Cu( s)_______ ____________
Reação Global da Pilha: Cu2+(aq) + Zn( s) ↔ Zn2+(aq) + Cu( s)
A convenção mundial de representação das pilhas é feita com base na seguinte ordem:
Notação química para representação das pilhas
Seguindo essa notação química, a representação da pilha de Daniell é dada por:
Zn / Zn2+// Cu2+ / Cu
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