Pilhas, baterias e nossa sociedade

*Por Robson Groto, professor do Anglo Vestibulares

Imagine nossa vida moderna se todos os equipamentos eletrônicos precisassem estar ligados constantemente às tomadas por meio de fios, incluindo computadores pessoais, tablets e celulares. Impossível, não é mesmo?

A invenção da pilha, no final do século XVIII, permitiu que dispositivos elétricos pudessem ser utilizados em ambientes externos, longe das tomadas. No início, foram rádios e pequenos equipamentos portáteis, de baixo consumo de energia; hoje, os modernos celulares ou notebooks de alta demanda energética cujas baterias não aguentem por, pelo menos, um dia não são bem-vistos pelos consumidores.

Baterias nada mais são do que associações de pilhas, que, por sua vez, são dispositivos que transformam a energia química presente em algumas substâncias em energia elétrica. Embora a engenharia de sua construção possa ser complexa, o princípio de funcionamento de uma pilha é muito simples, como veremos.

Substâncias diferentes apresentam propriedades físico-químicas diferentes. Dessa forma, é de se esperar que uma delas tenha maior tendência de, por exemplo, receber elétrons (sofrer redução) do que outra. Ao associá-las corretamente, ocorrerá uma transferência espontânea de elétrons, que partirão da substância com menor tendência de recebê-los para a substância que os atrai com maior intensidade. Pronto, está feita uma pilha!

Com relação aos conceitos químicos envolvidos nesses dispositivos, é importante saber que no local de onde partem os elétrons, chamado de ânodo, ocorre uma reação química oxidação. Na outra extremidade, os elétrons são atraídos (polo positivo da pilha) e ocorre o processo inverso, ou seja, uma reação de redução, pois os elétrons são recebidos nesse local, chamado de cátodo. A diferença de potencial de uma pilha é obtida pela diferença entre os potenciais padrão de redução dos elementos envolvidos na reação. O valor dessa diferença de potencial será sempre um número positivo por se tratar de uma reação espontânea de transferência de elétrons.

Modernamente, as baterias recarregáveis de celulares e notebook são do tipo íons de lítio (Li-ion) e substituem com vantagem as antigas de níquel-cádmio (NiCd). Além de durarem por mais tempo e não apresentarem os problemas de vícios de recarga (efeito memória) das baterias antigas, o lítio é um metal extremamente leve, sua molar é de apenas 7 g.mol^-1, contra os 59 g.mol^-1 e 112 g.mol^-1 para níquel e cádmio, respectivamente. Isso confere uma alta relação capacidade energética/massa para o metal lítio. Devido a sua leveza, capacidade de carga e durabilidade, os carros elétricos também utilizam o lítio em suas baterias, e, nesses modelos, praticamente toda área inferior do automóvel é ocupada pelas baterias para que se tenha uma quantidade de carga suficiente para o seu funcionamento sem os combustíveis tradicionais.

Com as preocupações a respeito da geração de poluentes, esse assunto tornou-se mais importante. Algumas cidades da Europa já restringiram a circulação de carros movidos a combustíveis fósseis, e essa restrição tende a se ampliar nos próximos anos. Assim, a atenção para os carros elétricos e, consequentemente, para o lítio aumentou consideravelmente na última década: o preço desse metal – cujas reservas mundiais (mais da metade delas) se encontram na América Latina, principalmente na Bolívia, Chile e Argentina – triplicou nos últimos anos.

Como se vê, não apenas pela comodidade do funcionamento prolongado dos nossos celulares, mas principalmente pela importância ambiental e econômica envolvida na química das baterias de automóveis, esse é um assunto de grande relevância em nosso mundo contemporâneo e, portanto, muito frequente nos vestibulares.