Eletromagnetismo no Ensino Médio

Este experimento foi utilizado num curso para EJA e ocupou quatro aulas

1. Material necessário

Copo de plástico, placas de cobre (1) e zinco (1), solução de sulfato de cobre, dois fios (com jacarés), lâmpada de lanterna.

2. Objetivos

O aluno deverá ser capaz de explicar o que acontece microscopicamente no circuito (fios e pilha) para que a lâmpada acenda.

O aluno deverá ser capaz de dizer por que a pilha é a responsável pelo aparecimento e manutenção da corrente elétrica.

3. Procedimento

1) Montagem da pilha de Volta.

A pilha de Volta era originalmente uma pilha de discos: pares de cobre-zinco, cada um separado dos outros por discos de papelão umedecidos com água acidulada.
Mas nossa montagem será a seguinte: mergulhamos em um recipiente que contém solução de sulfato de cobre uma placa de zinco e outra placa de cobre.

2) Como funciona a placa de Volta.

O sulfato de cobre quando em contato com a água é dissociado nos íons ( S0₄^-2 ) e (Cu^-2 ). Estes íons apresentam um movimento incessante e aleatório no interior da solução.

• A placa de Zinco
  O zinco tem maior potencial de oxidação que o cobre. Reage mais facilmente com a solução porque doa mais facilmente seus elétrons. É o polo (-) da pilha.

• A placa de cobre
  O cobre tem maior potencial de redução que o zinco.Tem maior facilidade para receber elétrons. É o polo (+) da pilha.

Pelo fato de as placas apresentarem características diferentes, acontece o seguinte:

O átomo de zinco da placa doa dois elétrons ( 2e- ) e fica ionizado ( Zn⁺² ).
O íon ( S0₄^-2 ) ao se chocar com a placa de zinco "captura o íon (Zn⁺² ) formando com ele o sulfato de zinco levando-o para a solução onde ocorre novamente a dissociação. Os elétrons doados pelo zinco são "capturados" pelo íon de cobre ( Cu⁺² ) formando o cobre metálico neutro que se deposita sobre a placa de zinco.

Podemos representar o que foi dito assim:

Zn + CuSO₄ZnS0₄ + Cu

Na placa de cobre, os dois elétrons doados pelo átomo são "capturados" pelo íon de zinco (Zn⁺²) se neutralizando e também se depositando sobre a placa de cobre. O íon
(S0₄^-2) ao "capturar" o íon Cu⁺² da placa de cobre forma com ele o sulfato de cobre levando-o para a solução onde ocorre a dissociação.
O que foi dito pode ser representado assim:

Cu + ZnS0₄ CuS0₄ + Zn

Como o zinco tem maior potencial de oxidação que o cobre, rapidamente a placa de zinco fica escura, indicando que houve um depósito muito grande de cobre, o que impede o funcionamento da pilha.

Algumas dicas
Para que não haja necessidade por parte dos alunos do manuseio do sulfato de cobre o professor poderá levar a solução já preparada e dizer, ou até mesmo preparar um pouco da solução como demonstração para que os alunos vejam o sulfato de cobre antes de ser dissolvido em água. Enquanto o sulfato de cobre está sendo dissolvido em água o professor poderá levar os alunos a pensarem sobre o que está acontecendo com o sulfato. O professor passará nos grupos e colocará a solução até a metade nos copos que podem ser de plástico. As placas deverão estar muito bem limpas, caso contrário os resíduos existentes nas placas impedirão o contato das placas com a solução impedindo que as reações ocorram. Outro cuidado que o professor deverá ter é que a placa de zinco, tendo maior potencial de oxidação, reage muito rapidamente com a solução, e fica rapidamente coberta com cobre metálico o que impede que as reações continuem. Sendo assim, a lâmpada apagará rapidamente. Portanto, antes de mergulhar as placas na solução, os fios e a lâmpada já devem estar conectados a elas e em seguida serem mergulhadas.

4. Comentários finais

Os cuidados que foram descritos no procedimento podem ser usados pelos professores como situações que levem os alunos a pensarem sobre o que está acontecendo e conseqüente motivação para discussões. Por exemplo, o professor pode dar para diferentes grupos placas limpas e outras não limpas. Para um grupo a lâmpada acenderá para outros não. Este conflito poderá gerar uma discussão que levará os alunos a pensarem sobre o que está acontecendo. A idéia de que entre as placas e a solução ocorrem reações químicas podem ser deduzidas dessa discussão e que os resíduos é que as impedem de acontecerem.

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