Química – Ciscato, Pereira, Chemello e Proti

. Acesso em: jan. 2016.
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Para a geração de corrente elétrica, a reação que acontece no ânodo é a oxidação do carbono com a consequente formação de íons lítio, o que mantém a neutralidade elétrica do material:

Li_yC₆(s) ⇌ C₆(s) + y Li⁺(solv) + y e⁻

No cátodo, o cobalto se reduz na estrutura do óxido, provocando a entrada de íons lítio em sua estrutura:

Li_xCoO₂(s) + y Li⁺(solv) + y e⁻ ⇌ Li_{x + y}CoO₂(s)

Consequentemente, a reação global da pilha é:

Li_xCoO₂(s) + Li_yC₆(s) ⇌ Li_{x + y}CoO₂(s) + C₆(s)

Como as baterias de íons lítio são feitas com materiais de baixa densidade, podem ser projetadas para ter menor massa, tamanho e custo. Além disso, o meio ambiente é menos agredido por elas em comparação às baterias anteriores, que apresentavam em sua composição metais com alto potencial tóxico, como níquel e cádmio, nocivos ao meio ambiente e à saúde. As baterias de íon lítio atuais possuem longos ciclos de vida: elas comumente têm uma duração de até mil ciclos de carga e descarga – com uso moderado, as baterias de íons de lítio podem fornecer cerca de 80% de sua capacidade inicial após 300 ciclos, ou cerca de um ano de uso. Atualmente, a maioria dos fabricantes de aparelhos celulares utiliza esse tipo de bateria.

O lítio é encontrado combinado sempre com outros átomos, nunca isolado na natureza. Está presente em rochas vulcânicas e sais naturais, como nas salinas de Uyuni (Bolívia) e do Atacama (Chile). A salina de Uyuni apresenta mais da metade das reservas mundiais de lítio: aproximadamente 9 milhões de toneladas. O sal carbonato de lítio (Li₂CO₃), substância em que o elemento lítio é encontrado nas salinas, pode se tornar a principal matéria-prima das baterias de alto rendimento dos carros elétricos do futuro. A grande quantidade de lítio na Bolívia permitiria às empresas produzir carros elétricos com maior autonomia. O preço atual do carbonato de lítio extraído das salinas é de 6.500 dólares por tonelada, mais que o dobro do que era há dez anos. Vários especialistas consideram o lítio a fonte de energia do século XXI.



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Fernando José Ferreira

Na foto, de 2013, vê-se o salar de Uyuni (A), localizado no sul da Bolívia (B). Trata-se do maior deserto de sal e também da maior reserva de lítio do planeta.

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• Uma célula a combustível é uma bateria eletroquímica de funcionamento contínuo que produz corrente elétrica pela oxidação eletroquímica de um combustível, geralmente o gás hidrogênio. Em uma célula a combustível como a representada na ilustração a seguir, os gases hidrogênio e oxigênio, ao serem convertidos em água a partir de reações de oxirredução, possibilitam a produção de corrente elétrica. Essa energia, por sua vez, pode ser usada até mesmo para mover um automóvel.

adilson secco

Esquema simplificado do funcionamento de uma célula a combustível. Representação sem escala; cores fantasia.

A célula a combustível tem três partes principais:

• ânodo — as moléculas de hidrogênio são adsorvidas na superfície do ânodo e são oxidadas, produzindo, cada uma, dois íons de hidrogênio (H⁺), também chamados de prótons, e dois elétrons, de acordo com a equação 2 H₂(g) ⇌ 4 H⁺ + 4 e⁻; os elétrons doados geram a corrente elétrica;

• membrana que separa cátodo de ânodo — feita de material que permite a passagem dos íons H⁺;

• cátodo — as moléculas de oxigênio são adsorvidas na superfície do cátodo, reagem com os prótons e são reduzidas, como mostra a equação O₂(g) + 4 H⁺ + 4 e⁻ ⇌ 2 H₂O(l).

Assim, a equação global de uma célula a combustível que utiliza o hidrogênio gasoso é:

2 H₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 H₂O(l)

Uma das vantagens das células a combustível que utilizam o gás hidrogênio em relação a outras fontes é o fato de elas não serem poluentes, uma vez que o único produto formado é a água. No entanto, o funcionamento das células a combustível que utilizam o gás hidrogênio apresenta algumas limitações, como a dificuldade no armazenamento desse gás e em sua própria síntese, comumente feita a partir da eletrólise da água, reação que exige quantidade significativa de energia elétrica e será assunto do próximo tema deste capítulo. Por esses motivos, cientistas têm estudado a possibilidade de utilizar, nessas células a combustível, o metanol ou o etanol.

Como retardar ou evitar a corrosão

Como visto no tema anterior, a corrosão é uma reação química espontânea que causa enormes prejuízos, principalmente em regiões litorâneas, por causa da maresia. No entanto, existem algumas estratégias para evitar ou retardar a corrosão em metais. A seguir, serão apresentadas algumas dessas formas.

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• Recobrimento do metal com uma fina camada de outro metal com maior potencial de oxidação, método conhecido como galvanização (por exemplo, pregos de ferro galvanizados com zinco).

Representação esquemática simplificada da galvanização do ferro com zinco, também chamada de zincagem. Representação sem escala; cores fantasia.

Fonte: BROWN, T. L. et al. Chemistry: the central science. 13 ed. New York: Pearson, 2015, p. 892.

O zinco depositado na superfície da peça, ao ser oxidado, protege a estrutura interna do prego feita de ferro, evitando que o ferro seja oxidado. A corrosão é um fenômeno que ocorre geralmente na superfície do material. Na galvanização do ferro com zinco, por exemplo, protege-se a superfície de ferro dificultando seu contato com a água e o gás oxigênio. Mesmo que esse revestimento seja danificado, o zinco evita a oxidação do ferro oxidandose em seu lugar. Isso ocorre porque o potencial de oxidação do zinco (E°_oxi = +0,76 V) é maior que o potencial de oxidação do ferro (E°_oxi = +0,44 V). É possível utilizar outros metais além do zinco na galvanização do ferro, como o alumínio (E°_oxi = +1,66 V) e o crômio (E°_oxi = +0,74 V) – metais que também têm maior potencial de oxidação que o ferro.

• Formação de película protetora, método chamado de passivação. Como exemplo, tem-se o aço inox (abreviação de inoxidável). O aço inox é altamente resistente à corrosão por causa da adição de crômio (E°_oxi = +0,74 V) à liga metálica. O crômio reage com o gás oxigênio, criando na superfície da peça uma película fina, aderente e transparente de óxidos de crômio que serve de barreira de proteção contra a corrosão. O alumínio (E°_oxi = +1,66 V) tem um potencial relativamente alto de oxidação quando comparado ao do ferro (E°_oxi = +0,44 V), mas mesmo assim é muito usado em estruturas metálicas que vão de simples portões a aviões, em razão de sua baixa densidade e da formação de uma camada de passivação constituída por Al₂O₃ (óxido de alumínio).

Apesar de ser um fenômeno que ocorre naturalmente com o metal exposto ao ambiente, tanto no aço inox como no alumínio, a passivação pode ser induzida por meio da aplicação de ácidos fortemente oxidantes, como o ácido nítrico. Além disso, é possível usar meios eletrolíticos (assunto do Tema 4 deste capítulo) para gerar a camada de proteção, processo denominado anodização.

• União do metal a um ânodo de sacrifício, ou seja, um pedaço de outro metal com maior potencial de oxidação (por exemplo, canos subterrâneos de ferro conectados a barras de magnésio).



ilustrações: Adilson Secco

O magnésio tem potencial padrão de oxidação maior que o do ferro. Assim, o magnésio é oxidado preferencialmente, atuando como metal de sacrifício, evitando que o ferro do cano seja oxidado. Representação sem escala; cores fantasia.

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Esse método do ânodo de sacrifício pode ser usado também em cascos de navios. Pelo fato de os navios estarem em contato direto com a água do mar, um ambiente muito corrosivo, são conectadas barras de zinco no seu casco que desempenham o papel do ânodo de sacrifício.

Blue Pig/Shutterstock

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Proteção por ânodo de zinco em cascos de navio de aço: (A) vista inferior do navio em um dique seco; (B) fixação do ânodo de zinco no casco do navio.

• Uso de tinta como proteção. Como já mencionado, a corrosão é um fenômeno que ocorre principalmente na superfície do material. Assim, uma forma de evitá-la ou retardá-la é proteger a superfície com tintas específicas. Existem no mercado revestimentos protetores, como tintas contendo em sua composição zarcão (nome usual de um composto químico de fórmula Pb₃O₄), fosfato de zinco e cromato de zinco — que dificultam o contato do gás oxigênio com o metal interno.



Fernando Favoretto/Criar Imagem

Revestimentos à base de zarcão (Pb₃O₄) protegem a superfície do metal contra a corrosão.

Projeto da Engenharia Ambiental recolhe pilhas e baterias para reciclagem

Segundo dados da Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica (Abinee), são vendidas no Brasil, por mês, cerca de 400 milhões de baterias e mais de 1 bilhão de pilhas. Desse total, estima-se que apenas 1% seja reciclado.

Isso sem contar o problema ambiental que representam as pilhas de origem ilegal, atualmente, cerca de 40% do mercado nacional. Podendo ter em sua composição metais [...] altamente tóxicos, como cádmio, chumbo e mercúrio, as pilhas ilegais representam um problema ambiental grave ao serem jogadas no lixo comum. O tempo de degradação de uma pilha é avaliado entre 100 e 500 anos.

Uma iniciativa do Programa de Educação Tutorial (PET) do Curso de Engenharia Ambiental da UFC tem atuado contra esse problema por meio da coleta de pilhas e baterias, no bairro Planalto Pici. Desde 2012, o projeto vem realizando ações de sensibilização na comunidade, instalando coletores de pilhas em comércios locais.

“As pessoas do bairro compravam as pilhas nos comércios da área e tinham a possibilidade de depositar as usadas, sabiam onde lançar esse material. Instalamos 50 coletores e, ao longo de 2013, alcançamos o total de 48 quilos”, comenta o coordenador do projeto, Prof. Ronaldo Stefanutti.

Duas caixas integrando o primeiro lote de pilhas coletadas foi enviado à Abinee, que desenvolve um trabalho com esse material através do “Abinee recebe pilhas”. O Programa prevê o recebimento, encaminhamento para reciclagem e disposição final das pilhas. No intuito de avolumar as próximas quantidades coletadas pelo Projeto da UFC, se iniciará, ainda este mês, a instalação de novos coletores no campus do Pici Prof. Prisco Bezerra.

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“A gente tenta coletar aqui na própria UFC, falamos com nossos colegas de sala, pessoas do curso. Neste mês, a gente vai espalhar pelo campus 10 coletores, em pontos de referência do Pici, e vamos, de duas em duas semanas, verificar o conteúdo. Também já entramos em contato com diretores de escolas das adjacências para realizarmos ações de educação ambiental – conscientizando os alunos a respeito da importância de coleta de pilhas e implantarmos os coletores”, detalha o bolsista do PET e integrante do projeto, Lucas Abreu.

“Estamos vendo que o sistema funciona. Então, vamos estender isso às escolas para que elas próprias façam as coletas. É uma ação de sensibilização que estamos fazendo, provocando a pró-atividade da comunidade. O projeto das pilhas é uma das ações que fazem parte da meta de implantação da coleta seletiva no bairro Planalto Pici”, destaca Stefanutti.

Fonte: Universidade Federal do Ceará, 20 mar. 2014. Disponível em: