Pila eléctrica

Pila eléctrica es un dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas están formadas por un electrolito (que puede ser líquido, solidó o pastoso), un electrodo positivo y otro negativo. El electrolito es un conductor iónico; mientras que un electrodo genera electrones y el otro los acepta. Al conectar los electrodos al circuito que se quiere alimentar, se produce una corriente eléctrica. Las pilas se dividen en primarias o voltaicas, en las que la reacción química no se puede invertir (no recargables) y secundarias o acumuladores, en las cuales la reacción es reversible y se puede llevar a su estado original (recargables), pasando una corriente eléctrica a través del circuito en sentido opuesto al flujo de electrones normal de la pila.

• La pila primaria más común es la pila Leclanchè ò pila seca, aún muy utilizada, casi fiel a su diseño original. Otra que se empleo mucho y se ha dejado de utilizar por la alta toxicidad acumulativa del mercurio es la pila de cinc-óxido de mercurio, donde el electrolito es una disolución de hidróxido de potasio, conocida como batería de mercurio, usada en audífonos, células fotoeléctricas y relojes de pulsera. Esta batería genera aproximadamente 1.34 V.
• El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse mediante inversión de la reacción química, fue inventada en 1859 por el físico francés Gaston Plante. Esta batería compuesta por plomo (electrodo negativo) dióxido de plomo (electrodo positivo) y acido sulfúrico es la que mas se utiliza en la actualidad para vehículos automotores y aviones. En esta batería cada cela genera alrededor de 2 V.
• Otra pila secundaria similar a la de Plante, muy utilizada, es la pila alcalina o batería de níquel-hierro, ideada por Edison. El principio de funcionamiento es el mismo de la pila de Plante, por el electrodo negativo es de hierro y el positivo, de óxido de níquel. El electrolito es una disolución de hidróxido de potasio tiene la desventaja de producir hidrógeno durante la carga. Esta batería se usa mucho en la industria pesada, su vida útil es de unos 10 años y genera aproximadamente 1.15 V.
• Otra pila alcalina secundaria muy similar a la de Edison es la pila de níquel y cadmio o batería de cadmio, en la que el electrodo de hierro se sustituye por una de cadmio. Genera 1.15 V.

Durante los últimos años se han desarrollado las pilas solares que producen electricidad mediante un proceso de conversión fotoeléctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han añadido impurezas. Cuando la luz incide sobre el cristal, los electrones de la superficie se liberan dirigiéndose a la superficie opuesta donde se distribuyen. Las pilas solares tienen una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones y vehículos espaciales como fuente de electricidad.

Mecanismo de reacciones en una pila

Al introducir un metal más activo que el hidrógeno en una disolución ácida ocurrirá una reacción redox: el metal se oxidará, pasando sus iones al seno de la disolución y los iones hidrógenos se reducirán sobre la superficie del metal desprendiéndose hidrógeno gaseoso. Si en dicha disolución se introduce otro metal menos activo y ambos se conectan por medio de un conductor metálico, parte de los electrones, producidos por la oxidación del metal más activo circularán a través del conductor hacia el metal menos activo y en su superficie se reducirán buena parte de los iones hidrógenos. El flujo de electrones a través del conductor constituye una corriente eléctrica y puede emplearse para realizar un trabajo como encender un bombillo; alimentar una resistencia; efectuar una electrolisis.

Para comprobar lo antes expuesto

Pila de Volta

• Conecta un conductor de largo apropiado a cada una de las láminas de cinc y cobre (no es indispensable soldarlo). Llena hasta dos tercio de su altura un recipiente con ácido sulfúrico 10% v/v, sumerge ambas placas en la disolución (cuidando que la conexión entre las placas y el conductor quede fuera de la disolución, y que estas no se pongan en contacto) y observa el desprendimiento de hidrógeno [Zn(s)→Zn2+(ac) + 2e(ánodo)] y [2H3O+(ac) + 2e→H2(g) + 2H2O(cátodo)] Si ahora tocas con uno de los conductores el casquillo del bombillo de 1.5 V y con el otro la perilla inferior, se cerrara el circuito y el bombillo se encenderá, así compruebas que a través del circuito esta circulando una corriente de electrones. Luego notaras que la luminosidad del bombillo disminuirá hasta extinguirse por completo, lo cual se debe a que las burbujas de gas que se acumulan sobre los electrodos llegan a aislarlos de la disolución y, por tanto, cesa el flujo de electrones a través del circuito.

Pila de un limón

• Toma un limón y presiónalo repetidamente sobre una superficie dura hasta lograr romper las pequeñas bolsas que almacenan el zumo. Cuando lo hayas logrado introduce los extremos inferiores de las láminas en el limón y toca los superiores con la lengua, de inmediato te percatarás del paso de una corriente eléctrica muy débil. Si el experimento falla se debe a que no rompió bien todas las bolsitas; entonces pica el limón, exprímelo, deposita el jugo en un recipiente pequeño, introduce en él las plaquitas y detecta la corriente de electrones como se explicó antes.

Fuente

Pérez Sanfiel, Francisco. (2008). Ciencia por doquier. La Habana: Editorial Gente Nueva..