O que é o celular Daniell?
A célula Daniell é um tipo de bateria de cobre-zinco que emprega uma barreira porosa entre os dois metais. Foi inventado em 1836 pelo químico britânico John Frederic Daniell. Uma vez amplamente utilizado na indústria de telégrafos na Europa, foi substituído no final do século 19 por projetos de baterias mais modernos. Hoje, é usado principalmente na sala de aula para demonstrar como as baterias funcionam.
O cientista italiano Alessandro Volta inventou a bateria em 1800. Seu design usava uma coluna de discos alternados de zinco e cobre, com pedaços de papelão saturados com salmoura empilhados entre cada peça de metal. Essa pilha voltaica foi usada em muitos experimentos elétricos, mas com menos de uma hora de duração da bateria, não tinha aplicações industriais reais. Daniell modificou o design de Volta para criar uma bateria com uma vida útil mais longa, permitindo que ela fosse utilizada de maneira prática.
O princípio por trás da bateria de Daniell e de Volta é o mesmo. Um soluto líquido chamado eletrólito - no projeto de Volta, a salmoura entre as placas de metal - começa a dissolver o zinco e o cobre em íons carregados positivamente. Quando os íons deixam o metal, elétrons livres permanecem para trás. O zinco se dissolve mais rapidamente que o cobre, o que significa que o zinco logo contém mais elétrons. Se alguém conectar os dois pedaços de metal a um fio, os elétrons migrarão através do fio do zinco para o cobre, criando uma corrente elétrica.
Se o zinco e o cobre estiverem se dissolvendo no mesmo eletrólito, como na pilha voltaica, dois processos reduzirão a vida útil da bateria. Se estiver sendo armazenado sem que a eletricidade seja extraída, os íons de cobre no eletrólito serão transferidos para o terminal de zinco com carga negativa. Esses íons então se acoplarão aos elétrons do zinco, neutralizando sua carga. Eventualmente, não haverá mais zinco disponível para dissolução. Esse processo é conhecido como redução .
O outro processo de destruição de bateria ocorre quando a eletricidade está sendo consumida. Os íons de zinco empurram o hidrogênio no eletrólito para o cobre, onde o hidrogênio se acumula na superfície e, eventualmente, interrompe o fluxo de eletricidade. Este processo é conhecido como polarização . A célula Daniell foi projetada em resposta aos problemas gêmeos de redução e polarização do zinco. Resolve esses problemas isolando o zinco e o cobre em eletrólitos separados.
Para fazer uma célula Daniell, um recipiente de barro não vitrificado pode ser preenchido com ácido sulfúrico e um pedaço de zinco imerso nele. O recipiente pode então ser colocado dentro de uma lata de cobre que foi preenchida com sulfato de cobre. A barreira de barro mantém o zinco e o cobre em lados opostos; isso evita que os íons de zinco enviem hidrogênio ao cobre, impedindo a polarização. Ele também mantém os íons de cobre afastados do zinco, impedindo a redução do zinco. Daniell se referiu ao seu celular como a bateria constante por causa de sua prevenção de polarização.
Os poros da barreira permitem que os íons sulfato com carga positiva viajem do lado do cobre para o lado do zinco. Isso equilibra o fluxo de elétrons do zinco para o cobre quando o circuito é concluído. A quantidade de potencial elétrico produzido por uma célula Daniell foi denominada volt . O valor do volt moderno é um pouco diferente; uma célula Daniell produz cerca de 1,1 volts de hoje e tem uma resistência interna de cerca de 2 ohms.