Vimos no decorrer dos últimos materiais as características e peculiaridades das formas de utilização de reações redox, sendo ou pilhas ou eletrólises. Nesta aula, portanto, veremos apenas um apêndice que pode ser interessante ao entendimento de algumas situações de eletroquímica, que é sobre a associação de pilhas. 

Associação em série

Cada pilha eletroquímica possui dos processos que demandam realizam ou recebem diferentes trabalhos, isto é, possuem diferentes potenciais – podendo esta diferença ser em decorrência de diferentes espécies ou diferentes concentrações de uma mesma espécie. Por conta disso, é possível de se associar a cada célula específica uma diferença de potencial inicial, necessariamente positiva. Portanto, pode-se ver que o potencial gerado por uma pilha é intrínseco à situação na qual ela se encontra, ou seja, a forma de aumentar o potencial de uma pilha X é apenas movendo a temperatura e/ou concentração dos componentes. Por conta disso, como método de facilitar a manutenção de aspectos como esse, é possível realizar um processo de associação chamado de associação em série. 

A associação em série é útil em casos de necessidade de manutenção do potencial total uma vez que associa duas ou mais pilhas de uma forma que a corrente elétrica que passa em cada uma delas é exatamente a mesma, uma vez que não há nós. Veja no esquema a seguir como que é uma associação série das pilhas (representadas como cilindros):

 

Observe que o fio, assim como a corrente elétrica, possui apenas um caminho para passar, ao passo que não há nós no sistema. Há, portanto, uma associação feita a partir de um princípio: liga-se o polo positivo de uma no polo negativo da outra. Esta necessidade faz-se como ideal, ao passo que a corrente apenas existe com a diferença de potencial se mantendo (em sentido), ou seja, não há corrente caso estejam ligados entre si polos positivos. 

Utilizando a lei de Ohm, podemos obser a seguinte característica do sistema:

$R_1 = \frac{U_{1}}{i}$, $R_{2} = \frac{U_{2}}{i}$ e $R_{T} = R_1 + R_2 = \frac{U_T}{i}$

Veja que isso é apenas possível com $U_T = U_1 + U_2$, ou seja, a associação em série de pilhas faz com que haja um aumento da diferença de potencial final da associação. Veja, portanto, que houve uma manutenção de potencial sem a modificação de variáveis químicas como temperatura e concentração, manteve-se o potencial de cada pilha, apenas houve o aumento do potencial agregado. 

Em uma montagem de pilhas abertas, como as seguindo o modelo de Daniell, os eletrodos devem ser conectados por fios em uma ordem específica. Pensemos na situação de duas pilhas em série: o total de cubas é 4, sendo que todas elas possuem um eletrodo; as duas primeiras conectam por uma ponte salina, enquanto as duas últimas também. A ligação dos fios deve ser feita de forma que o polo positivo de uma ligue-se ao negativo de outra, ou seja, o cátodo de uma ligue-se ao anodo da outra, assim como o cátodo dessa outra com o anodo da primeira. O sistema monta-se da seguinte forma: 

Observe que as pilhas em série são: Zn//Grafite com Ni//Grafite (a nomenclatura exata não é esta, o uso é apenas para facilitar a visualização). O potencial final, portanto, é feito a partir da soma do potencial da primeira pilha com o potencial da segunda. 

Utilização em eletrólises

Apesar de não ser uma associação de fato de pilhas, claro, é possível haver a utilização de sistemas em série para aumentar o rendimento por célula de uma eletrólise, isto é, utilizar uma mesma bateria para mais de uma eletrólise ao mesmo tempo. Com o mesmo princípio de associar os sistemas de tal forma que a corrente que passa por eles é a mesma, a associação das cubas de eletrólise faz-se de uma forma que a corrente gerada é utilizada em todas as cubas ao mesmo tempo. Ainda, portanto, a construção da associação é feita de uma maneira na qual o polo positivo de uma está ligado ao polo negativo de outra, ou seja, o anodo 1 ligado ao cátodo 2. Veja a seguinte imagem: 

Associação em paralelo

Assim como descrito na associação em série, o potencial é algo característico da montagem da célula, variando apenas com variação de temperatura e concentração. No caso de variar o potencial, então, utiliza-se a associação em série. Agora, caso seja requerida a variação de corrente gerada por uma pilha, uma forma mais simples, sem modificar aspectos químicos do sistema, é a associação em paralelo.

Ao contrário da associação em série, o potencial em todas as pilhas de um paralelo é exatamente igual, ao passo que os fios são ligados por nós, como mostra a seguinte imagem:

Veja que o mesmo ponto divide-se em dois outros fios que ligam-se ao mesmo polo da pilha, portanto, a diferença de potencial faz-se como a mesma. Apesar disso, pela divisão do fio, os elétrons que compõem a corrente agora possuem mais de um caminho possível no sistema, isto é, a corrente gerada por cada uma das pilhas soma-se ao voltar ao nó que dividiu os fios, portanto, a associação faz com que seja possível de se aumentar o valor de corrente encontrado em um sistema de pilhas. 

Vejamos a análise pela lei de Ohm:

$R_{1} = \frac{U}{i_{1}}$, $R_{2} = \frac{U}{i_{2}}$ e $\frac{R_{1}\cdot R_{2}}{R_{1} + R_{2}} = \frac{U}{i_{T}}$

Uma análise dessas expressões mostra que, de fato, a corrente $i_{T} = i_{1} + i_{2}$. Veja, portanto, que associação em paralelo faz-se como apenas modificadora da corrente final gerada pelo sistema, não do potencial do sistema, muito menos das pilhas que o compõem. 

Conclusão

Foi visto como as pilhas podem ser associadas de diferentes maneiras para que alterações como voltagem e corrente gerada sejam feitas sem que haja a necessidade de mudança em fatores químicos do sistema como concentração das espécies envolvidas e temperatura na qual ocorrem as reações. Nos próximos materiais, veremos algumas aplicações de eletrólises dessa vez, além de uma série de exercícios gerais como encerramento.