Pila Doméstica

¿Qué es una pila? 

     Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en un electrolito, un electrodo positivo y un electrodo negativo. Para que se pueda generar la electricidad en la pila, es que cuenta con los electrodos (polos) que es uno negativo y uno positivo. Estos "Polos" se atraen, como si fuera un imán. Gracias a esta fuerte atracción de polos o electrodos se genera la llamada Energía Eléctrica. El electrolito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectarlos al circuito que hay que alimentar, se produce una corriente eléctrica. 

     Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía química se ha transformado en energía eléctrica, se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas secundarias son aquellas pilas reversibles en las que el producto químico que al reaccionar en los electrodos produce energía eléctrica, puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en sentido opuesto a la operación normal de la pila.

     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.

¿Para qué sirve la pila eléctrica?

     Una pila eléctrica sirve, bueno es energía portátil, no es energía fija, como la de las casas que es por medio de cables que se conectan entre sí y se pueda producir. 

     Está compuesta por 3 cosas:

• Ánodo. Que es la parte negativa de la pila. 
• Cátodo. Que es la parte positiva de la pila. 
• Electrolito. Que es la parte líquida que ayuda a fluir la energía en la pila. 

     Con estos 3 materiales, la composición de la pila eléctrica es muy buena, por que coinciden en la densidad, el peso y los niveles que poseen de energía. 

     Cuando se utiliza una pila portátil y se coloca en algún aparato que lo requiera, sus electrones empiezan a funcionar entonces el Ánodo envía energía al Cátodo. Este proceso sigue hasta que al Ánodo se le acaben los electrones que debe enviar al Cátodo, y este no pueda recibirlos. Y así es como funciona la energía eléctrica a través de una pila.

Clasificación y tipos de Pila

     Generalmente las pilas se pueden dividir en dos grandes tipos, las pilas primarias y las pilas secundarias. 

• Las pilas primarias son aquellas que se agotan y son desechadas.
• Las secundarias son las que pueden recargarse, esta clase de pilas son llamadas baterías.

     Pero lo más frecuente es que los consumidores diferencien las pilas sobre todo por su forma. Según esta fácil división podemos hablar de pilas cilíndricas y pilas de botón. Las primeras tienen un tamaño mayor que las segundas y se presentan como un cilindro o figura rectangular. Se emplean en aparatos de mayor tamaño, como radios, cassettes, relojes despertadores etc. Las pilas botón, en cambio, son bastante más pequeñas y se utilizan para dispositivos más reducidos, como relojes de pulsera, videojuegos, audífonos. Si atendemos a los componentes de las pilas para clasificarlas en diferentes categorías, nos encontramos con que existen muchas clases

• Salinas: Llamadas así porque su electrolito es una solución salina.
• Alcalinas: El electrolito que emplean es una solución de hidróxido de potasio, comúnmente llamado álcali, de ahí su nombre.
• Pilas de litio: Emplean el litio como ánodo. Dentro de este tipo podemos hablar también de las pilas de ion-litio, que tienen un electrolito con sales de litio, además de que su ánodo es también de este material.
• Pilas de níquel-cadmio: Sus electrodos son esos dos minerales. Como el cadmio es un material bastante tóxico ha surgido una derivación de esta clase de pilas, las de níquel-metal hidruro, que reemplazan el cadmio por un metal hidruro.
• Pilas de Botón: Se caracterizan por su reducido tamaño, como un botón (de ahí su nombre); suelen utilizarse en relojes, audífonos, marcapasos. Aunque las hay de varios tipos, las más frecuentes son las de mercurio (30% de mercurio), aunque también son las que más contaminan, una única pila de botón puede contaminar 600.000 litros de agua, por lo que es muy importante su reciclaje.
• Acumuladores de Plomo: Son los más antiguos y los más utilizados, se construyen a partir de dos placas de plomo oxidadas y sumergidas en ácido sulfúrico disuelto en agua destilada.
• Acumuladores de Plomo-Calcio: Aquellas en las que las placas están formadas por una aleación plomo-calcio; presentan la particularidad de que no permiten la descarga total.

Parte Experimental:

Materiales 

• 5 Cables de cobre 
• 5 Aros de zinc 
• Ácido acético comercial al 5% 
• 6 envases de plástico o envase con moldes para paletas de helado. 
• Cables de electricidad 
• Un LED

Procedimiento:

     Se disponen los envases para formar un circuito, lo más juntos posibles. A cada aro de zinc se le amarra un trozo de cable de cobre lo suficientemente largo para sumergir una punta en un envase y la otra punta en otro envase. Cada envase debe tener en él una punta del cable de cobre y un aro de zinc, para que pueda ser posible la transferencia de electrones. Quedaran dos envases juntos en con cuales uno quedara solo con el aro de zinc y el otro envase solamente con el cable de cobre. Seguidamente a cada envase se le agrega ácido acético hasta que cubre cada aro de zinc por completo. Al LED se le conectan cables de electricidad a ambos lados. Se sumerge el lado positivo en el envase donde se encuentra el cobre y el lado negativo donde esta el cable de zinc, automáticamente el LED enciende.

Funcionamiento de la pila:

      El funcionamiento de la pila es bastante simple, dentro del electrolito (ácido acético o vinagre) se produce un flujo libre de electrones que va desde uno de los electrodos hacia otro, produciéndose una reacción óxido-reducción que permite a los electrones viajar por los cables y suministrar energía a cualquier dispositivo, en este caso el LED. 

     El flujo de electrones se debe a que los electrodos (cobre y zinc) tienen diferentes valores de potencial eléctrico, lo que permite que uno se oxide cediendo electrones y uno se reduzca ganando electrones. Una vez llegados los electrones al cátodo (electrodo que se reduce), viajan a través de este y por el cable, generando corriente eléctrica y creando una pila eléctrica casera. 

      Todo este funcionamiento se debe a la reacción química entre el electrólito (vinagre) y los electrodos (Cobre y Zinc) hará que los electrones del Zn sean impulsados al electrodo de Cu, cuando se cierra el circuito. Al unir el cobre con el zinc, pasarán electrones del Zn al Cu formándose una “pila” cuyo polo negativo es el Zn y el polo positivo es el Cu. Este fenómeno se conoce con el nombre de “efecto voltaico” y las pilas obtenidas de este modo se denominan “pilas voltaicas”. 

Explicación:

    Si se introduce una placa de zinc en vinagre, el metal es atacado químicamente y se disuelve. Quedando en Zinc con carga Negativa y el vinagre en carga Positiva. La electrización prosigue hasta que entre el Zinc y el vinagre alcanza 1,50 voltios: esta es la fuerza electromotriz entre el Zn y el vinagre. 

     Si se introduce en el vinagre una placa de Cobre, ocurre lo mismo que antes: el vinagre queda cargado positivamente y el Cobre Negativamente, pero menos que el Zinc, por que el Cobre es menos atacado que el Zinc quedando este con más carga. Digamos que la carga del zinc es de 1.5 voltios y la carga del cobre es de 0.5 voltios entonces la diferencia entre ambos es de 1 voltios suficiente como para encender el LED. 

   A consecuencia del contacto prolongado de los metales con el vinagre, el flujo de electricidad es continuo, por producir constantemente nuevas cargas hasta que el metal queda agotado (por ejemplo, el Zn gastado). Debemos de tener en cuenta que el voltaje que consigamos depende del tipo de solución y de los materiales que se emplean únicamente y no del tamaño de las varillas.

     A continuación mostramos el video donde se puede apreciar el funcionamiento de nuestra pila.