1. Producción de corriente eléctrica por reacciones redox: pilas
Observa la reacción redox producida al sumergir una lámina de cinc en una disolución de sulfato de cobre (II), que se encuentra formando iones Cu2+(aq) y SO42-(aq). El color azul de la disolución va desapareciendo y la lámina de cinc queda recubierta por un depósito rojizo-negruzco de cobre metálico. Se produce espontáneamente la reacción: Zn (s) + Cu2+(aq) → Zn2+ (aq) + Cu (s).
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| Imagen 3 Elaboración propia |
La diferencia de energía entre reaccionantes y productos de una reacción redox que se produce espontáneamente se desprende en forma de calor, como viste en el tema anterior, pero se puede aprovechar convirtiéndola en energía eléctrica. Para ello es necesario forzar a los electrones a pasar por un circuito eléctrico externo. Esto se consigue separando físicamente los dos procesos de la reacción de tal forma que tengan lugar en dos compartimentos distintos. De esta forma se obliga a los electrones que se liberan en el ánodo, donde se produce la oxidación, a pasar a través de un hilo conductor u otro circuito eléctrico (lámpara, amperímetro, etc.) por el que circulará entonces una corriente eléctrica, antes de que se capten en el cátodo, en el que se produce la reducción.
Estos sistemas en los que se transforma energía química en energía eléctrica se llaman pilas electroquímicas, pilas galvánicas o sencillamente pilas.
La imagen de la izquierda muestra la pila Daniell, en la que la reacción es Zn(s) + Cu2+(aq) ↔ Zn2+(aq) + Cu(s). Pulsando en la imagen podrás ver la simulación, con los electrones circulando, y el voltaje que proporciona la pila.
En la imagen de la derecha tienes el esquema de la misma pila, pero con tabique poroso. Los electrones que circulan (en definitiva, la corriente eléctrica) hacen que se encienda la bombilla.
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| Simulación 2 Chang, Uso educativo | Imagen 4 Larrucea, Creative commons |
Descripción de una pila
Las dos láminas metálicas se llaman electrodos. Aquel en el que se produce la oxidación, que por convenio se sitúa a la izquierda, recibe el nombre de ánodo, y cátodo el otro electrodo, en el que se produce la reducción.
La separación de los dos procesos puede efectuarse mediante:
a) un tabique poroso (por ejemplo, de porcelana).
b) realizándolos en dos recipientes distintos, unidos por un puente salino, que es un tubo de vidrio que contiene una disolución concentrada de un electrólito inerte respecto al proceso redox.
Por ambos métodos se impide que se mezclen las disoluciones anódica y catódica, pero se permite la conducción de los iones.
El puente salino o el tabique poroso tienen dos funciones:
- Cerrar el circuito, ya que permite la circulación de iones a través de ellos.
- Mantener la neutralidad eléctrica de las disoluciones de cada parte de la pila la cantidad de iones cinc va aumentando, con lo que el recipiente de la izquierda quedaría con carga positiva, impidiendo la salida de los electrones, que quedarían atraídos; por tanto, pasan iones negativos al recipiente de la izquierda para mantenerlo neutro.
Actividad
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| Imagen 5 Elaboración propia |
Ejemplo o ejercicio resuelto
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| Imagen 6 Elaboración propia |
En la imagen tienes una pila diferente de la pila Daniell. Eso sí, su funcionamiento es el mismo.
a) Escribe la reacción que se produce en cada electrodo.
b) Escribe la reacción de pila.
c) Indica qué iones saldrán del puente salino de NaCl hacia cada recipiente.
Pre-conocimiento
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| Imagen 7 Chiesa, Creative commons |
La primera pila
Alejandro Volta estudió los efectos del entonces llamado "galvanismo" (la corriente eléctrica) y en 1800 comunicó por carta al presidente de la Royal Society de Londres la primera noticia de su invento: la pila o columna. Su nombre está relacionado con la forma del aparato, como puedes ver en la imagen.
Volta apiló discos de igual tamaño de cobre y de cinc, colocados de forma alterna, que llevan intercalados entre cada uno de ellos un paño humedecido. Esta "pila de discos" empieza y termina con discos de diferente tipo. Se produce un flujo eléctrico conectando con un alambre los discos situados en los extremos.
Impregnando el paño en determinadas sales la corriente obtenida era mucho mayor, y también se producía diferente corriente utilizando otras combinaciones de metales.
Sus investigaciones le llevaron a obtener la conclusión de que algunas combinaciones de metales producían mayor efecto que otras y, con sus mediciones, hizo una lista del orden de eficacia. Precisamente ése es el origen de la serie electroquímica que se utiliza hoy en día en química y que verás más adelante.
