- Objetivo de este
proyecto - Historia de la
batería - Clases de
batería - Composición de
baterías más comunes - Pila
voltaica - Pila casera o pila de
Daniell - Explicaciones de las
reacciones químicas producidas en una
batería - Contaminación de las
pilas - Consejos
útiles - Otras fuentes que desarrollan
energía - Bibliografía
Las baterías o pilas como
comúnmente se les conoce, tiene más de 200
años de existencia, desde su primer modelo
primitivo hasta lo modernos productos que
existen en la actualidad, como pilas alcalinas, pilas
recargables, etc.
Las baterías no han perdido vigencia
tecnológica por el contrario, cada día se
perfecciona, ya en la actualidad se habla de sistemas
híbridos, de motores de
combustión con sistemas de baterías,
que pronto serán una realidad en nuestras
calles.
Este experimento tiene como propósito ilustrar o
sencillo que es una batería, una simple reacción
química
que produce energía. Pero a su vez dar luces que si la
crisis
energética se agudiza, pronto deberemos buscar fuentes de
energía alternas para no dependar del combustible
fósil (petróleo)
Una batería es un dispositivo
electroquímico el cual almacena energía en forma
química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico,
la energía química se transforma en energía
eléctrica. Todas las baterías son similares en
su construcción y están compuestas por
un número de celdas electroquímicas. Cada una de
estas celdas está compuesta de un electrodo positivo y
otro negativo además de un separador. Cuando la
batería se está descargando un cambio
electroquímico se está produciendo entre los
diferentes materiales en
los dos electrodos. Los electrones son transportados
entre el electrodo positivo y negativo vía un circuito
externo (bombillas, motores de arranque etc.)
Lamentablemente como todo lo que es producido por
el hombre,
tiene residuos contaminantes, los ácidos y
materiales pesados contaminan el ambiente,
claro que mencionaremos este delicado tema, pero no será
parte de análisis en este proyecto.
- Demostrar que las reacciones
químicas producen energía y que esta
energía es electricidad. - Que estas reacciones químicas son
reacciones de oxidación y otras de
reducción. - Demostrar con sencillo ejemplo la
fabricación de una batería
casera. - Otras fuentes que desarrollan
energía.
En el año 2000 se celebra el bicentenario de la
primera pila eléctrica: la pila de Volta. El 20 de Marzo
del año 1800 Alessandro Volta comunica por carta al
presidente de la Royal Society de Londres la primera noticia de
su invento: la "pila a colonna" (conocida hoy en día como
"pila de Volta"). Posteriormente, en el año 1801, Volta a
requerimiento de Napoleón presenta en París su
invento y lee su Disertación sobre la identidad del
fluido eléctrico con el galvánico.
Napoleón, en reconocimiento a sus aportaciones
científicas, le otorgó el título de Conde
nombrándole además Senador del Reino.
Volta fue un físico italiano, nacido en Como, que
se interesó e investigó uno de los fenómenos
más famosos en su época: la electricidad. En 1774
fue elegido profesor de
Física en
el Colegio Superior de Como y, tan sólo, un año
más tarde inventó el electróforo. Este invento provocó
que su fama se extendiera muy rápidamente y que en 1779 se
le asignara la cátedra de la Universidad de
Pavía donde prosiguió sus trabajos sobre la
electricidad. Inventó otros aparatos como el electroscopio
condensador o el eudiómetro y todo ello llevó a que
más adelante fuera elegido miembro de la Royal Society de
Londres.
Pero el trabajo que
más fama le ha dado está relacionado con la
corriente
eléctrica. Galvani había comprobado previamente
que un anca de rana podía experimentar contracciones
cuando se colgaba de un hilo de latón con un contrapeso de
acero. A partir
de los experimentos de
Galvani, Volta comprobó que el efecto era debido a la
presencia de los dos metales y que
poniendo en contacto esos dos metales, u otros, se podía
obtener una corriente eléctrica. Sus investigaciones
le llevaron a concluir que algunas combinaciones de metales
producían mayor efecto que otras y, con sus mediciones,
hizo una lista del orden de eficacia. Es el
origen de la serie electroquímica que se utiliza hoy en
día en química.
Volta inventó una serie de aparatos capaces de
producir un flujo eléctrico. Para ello utilizó
recipientes con una solución salina conectados a
través de arcos metálicos. Conectando varios de
esos recipientes consiguió la primera batería
eléctrica de la historia. Para reducir
complicaciones debido a la necesidad de utilizar soluciones,
empezó a utilizar pequeños discos redondos de
cobre y cinc y
otros de paño o cartón en agua
acidulada. De manera que los unía formando una serie:
cobre, cinc, paño, cobre cinc, paño, etc.; todos
ellos apilados formando una columna. Cuando unía los
extremos de la "pila" mediante un hilo conductor, al cerrase el
circuito se obtenía una corriente
eléctrica.
La pila de Volta despertó un gran entusiasmo
entre los científicos de su época y sirvió
de impulso para los experimentadores de toda Europa (casi
inmediatamente se descubrió que la corriente
eléctrica podía descomponer el agua) y
sirvió de base para los trabajos químicos de Davy y
para el estudio de los fenómenos electromagnéticos
que hizo Faraday. En los 200 años que han transcurrido
desde entonces se han construido muchos modelos de
pilas, pero todas ellas se basan en el mismo principio que la
pila de Volta.
PILA PRIMARIA
La pila primaria más común es la pila
Leclanché o pila seca, inventada por el químico
francés Georges Leclanché en la década de
1860. La pila seca que se utiliza hoy es muy similar al invento
original. El electrolito es una pasta consistente en una mezcla
de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es
de cinc, igual que el recipiente de la pila, y el electrodo
positivo es una varilla de carbono
rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso.
Esta pila produce una fuerza
electromotriz de unos 1,5 voltios.
Otra pila primaria muy utilizada es la pila de
cinc-óxido de mercurio, conocida normalmente como
batería de mercurio. Puede tener forma de disco
pequeño y se utiliza en audífonos, células
fotoeléctricas y relojes de pulsera eléctricos. El
electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de
óxido de mercurio y el electrolito es una
disolución de hidróxido de potasio. La
batería de mercurio produce 1,34 V,
aproximadamente.
La pila de combustible es otro tipo de pila primaria. Se
diferencia de las demás en que los productos
químicos no están dentro de la pila, sino que se
suministran desde fuera.
PILAS SECUNDARIA
El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse
invirtiendo la reacción química, fue inventado en
1859 por el físico francés Gastón
Planté. La pila de Planté era una batería de
plomo y ácido, y es la que más se utiliza en la
actualidad. Esta batería, que contiene de tres a seis
pilas conectadas en serie, se usa en automóviles,
camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal
es que puede producir una corriente eléctrica suficiente
para arrancar un motor; sin
embargo, se agota rápidamente.
El electrolito es una disolución diluida de
ácido sulfúrico, el electrodo negativo es de plomo
y el electrodo positivo de dióxido de plomo. En
funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en
electrones libres e iones positivos de plomo. Los electrones se
mueven por el circuito eléctrico externo y los iones
positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del
electrolito para formar sulfato de plomo.
Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el
electrodo positivo de dióxido de plomo, se produce otra
reacción química. El dióxido de plomo
reacciona con los iones hidrógeno del electrolito y con los
electrones formando agua e iones de plomo; estos últimos
se liberarán en el electrolito produciendo nuevamente
sulfato de plomo.
Un acumulador de plomo y ácido se agota porque el
ácido sulfúrico se transforma gradualmente en agua
y en sulfato de plomo. Al recargar la pila, las reacciones
químicas descritas anteriormente se invierten hasta que
los productos químicos vuelven a su condición
original. Una batería de plomo y ácido tiene una
vida útil de unos cuatro años. Produce unos 2 V por
pila. Recientemente, se han desarrollado baterías de plomo
para aplicaciones especiales con una vida útil de 50 a 70
años.
Otra pila secundaria muy utilizada es la pila alcalina o
batería de níquel y hierro, ideada
por el inventor estadounidense Thomas Edison entorno a 1900. El
principio de funcionamiento es el mismo que en la pila de
ácido y plomo, pero aquí el electrodo negativo es
de hierro, el electrodo positivo es de óxido de
níquel y el electrolito es una disolución de
hidróxido de potasio. La pila de níquel y hierro
tiene la desventaja de desprender gas
hidrógeno durante la carga. Esta batería se usa
principalmente en la industria
pesada. La batería de Edison tiene una vida útil de
unos diez años y produce 1,15 V,
aproximadamente.
Otra pila alcalina similar a la batería de Edison
es la pila de níquel y cadmio o batería de cadmio,
en la que el electrodo de hierro se sustituye por uno de cadmio.
Produce también 1,15 V y su vida útil es de unos 25
años.
PILAS SOLARES
Las pilas solares producen electricidad por 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
contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de
éste y se dirigen a la superficie opuesta. Allí se
recogen como corriente eléctrica.
Las pilas solares tienen una vida muy larga y se
utilizan sobre todo en los aviones, como fuente de electricidad
para el equipo de a bordo.
PILAS TIPO LECLANCHÉ, O DE CINC/CARBONO
(ZN/C), O "PILAS SECAS"
Basadas en la oxidación del cinc en medio
ligeramente ácido, están compuestas por cinc
metálico, cloruro de amonio y dióxido de manganeso.
Son las llamadas pilas comunes. Sirven para aparatos sencillos y
de poco consumo.
PILAS ALCALINAS O DE CINC/DIÓXIDO DE MANGANESO
(ZN/MNO2)
La diferencia con la pila seca es el electrolito
utilizado, en este caso, hidróxido de potasio, en vez de
cloruro de amonio, y el cinc está en polvo. Son las de
larga duración. Casi todas vienen blindadas, lo que
dificulta el derramamiento de los constituyentes. Sin embargo,
este blindaje no tiene duración ilimitada
PILAS DE NÍQUEL/CADMIO (NI/CD)
Están basadas en un sistema formado
por hidróxido de níquel, hidróxido de
potasio y cadmio metálico. Poseen ciclos de vida
múltiples, presentando la desventaja de su relativamente
baja tensión. Pueden ser recargadas hasta 1000 veces y
alcanzan a durar decenas de años. No contienen mercurio,
pero el cadmio es un metal con características
tóxicas.
PILAS BOTÓN
Son llamadas así, las pilas de tamaño
reducido, de forma chata y redonda. El mercado de
artículos electrónicos requiere cada vez más
de ellas. Son imprescindibles para audífonos, marcapasos,
relojes, calculadoras y aparatos médicos de
precisión. Su composición es variada.
PILAS DE ÓXIDO MERCÚRICO
Son las más tóxicas, contienen un 30 %
aprox. de mercurio. Deben manipularse con precaución en
los hogares, dado que su ingestión accidental, lo que es
factible por su forma y tamaño, puede resultar
letal.
PILAS DE CINC-AIRE
Se las distingue por tener gran cantidad de agujeros
diminutos en su superficie. Tienen mucha capacidad y una vez en
funcionamiento su producción de electricidad es continua.
Contienen más del 1 % de mercurio, por lo que presentan
graves problemas
residuales.
BATERÍAS
PLOMO/ÁCIDO
Normalmente utilizadas en automóviles, sus
elementos constitutivos son pilas
individualmente formadas por un ánodo de plomo, un
cátodo de óxido de plomo y ácido
sulfúrico como medio electrolítico.
PILAS DE NÍQUEL/HIDRURO METÁLICO
(NI/MH)
Son pilas secundarias como las de níquel/cadmio,
pero donde el cadmio ha sido reemplazado por una aleación
metálica capaz de almacenar hidrógeno, que cumple
el papel de ánodo. El cátodo es óxido de
níquel y el electrolito hidróxido de potasio.
La densidad de
energía producida por las pilas Ni/MH es el doble de la
producida por las Ni/CD, a voltajes operativos similares, por lo
que representan la nueva generación de pilas recargables
que reemplazará a estas
últimas.
PILAS DE ÓXIDO DE PLATA
Son de tamaño pequeño, usualmente de tipo
botón. Contienen 1 % de mercurio aproximadamente por lo
que tienen efectos tóxicos sobre el
ambiente.
PILA DE COMBUSTIBLE
Mecanismo electroquímico en el cual la
energía de una reacción química se convierte
directamente en electricidad. A diferencia de la pila
eléctrica o batería, una pila de combustible no se
acaba ni necesita ser recargada; funciona mientras el combustible
y el oxidante le sean suministrados desde fuera de la
pila.
Una pila de combustible consiste en un ánodo en
el que se inyecta el combustible – comúnmente
hidrógeno, amoníaco o hidracina – y un
cátodo en el que se introduce un oxidante – normalmente
aire u oxígeno. Los dos electrodos de una pila de
combustible están separados por un electrolito
iónico conductor. En el caso de una pila de combustible de
hidrógeno-oxígeno con un electrolito de
hidróxido de metal alcalino, la reacción del
ánodo es 2H2 + 4OH- + 4H2O + 4e- y la reacción del
cátodo es O2 + 2H2O + 4e- + 4OH-. Los electrones generados
en el ánodo se mueven por un circuito externo que contiene
la carga y pasan al cátodo. Los iones OH- generados en el
cátodo son conducidos por el electrolito al ánodo,
donde se combinan con el hidrógeno y forman agua. El
voltaje de la pila de combustible en este caso es de unos 1,2 V
pero disminuye conforme aumenta la carga. El agua producida en el
ánodo debe ser extraída continuamente para evitar
que inunde la pila. Las pilas de combustible de
hidrógeno-oxígeno que utilizan membranas de
intercambio iónico o electrólitos de ácido
fosfórico fueron utilizadas en los programas
espaciales Gemini y Apolo respectivamente. Las de
ácido fosfórico tienen un uso limitado en las
instalaciones
eléctricas generadoras de energía.
COMPOSICIÓN DE BATERÍAS MÁS
COMUNES
Zinc/Carbono: son las pilas llamadas
comunes o especiales para linterna, contienen muy poco Mercurio,
menos del 0,01%. Esta compuesta por Carbono, Zinc, Dióxido
de Manganeso y Cloruro de Amoníaco. Puede contaminar 3.000
litros de agua por unidad.
Alcalinas (Manganeso): son mas recientes
que las anteriores. Su principio activo es un compuesto alcalino
(Hidróxido Potasio). Su duración es 6 veces mayor
que las Zinc/Carbono. Esta compuesta por Dióxido de
Manganeso, Hidróxido de Potasio, pasta de Zinc amalgamada
con Mercurio (total 1%), Carbón o Grafito. Una sola pila
alcalina puede contaminar 175.000 litros de agua (mas de lo que
puede consumir un hombre en toda
su vida).
Mercurio: Fue la primer pila que se
construyo del tipo micropila o botón. Exteriormente se
construyen de acero y consta de un electrodo de Oxido de Mercurio
con polvo de Grafito, el electrolito esta compuesto de
Hidróxido de Potasio embebido en un material esponjoso
absorbente y pasta de Zinc disuelto en Mercurio. Contiene entre
un 25 y un 30% de Mercurio. Esta micropila puede contaminar
600.000 litros de agua.
Níquel/Cadmio: Esta pila tiene la
forma de la pila clásica o alcalina, pero tiene la ventaja
que se puede recargar muchas veces. Esta constituida por
Níquel laminado y Cadmio separado por nylon o
polipropileno, todo arrollado en espiral. No contiene Mercurio.
Sus residuos son peligrosos para el medio
ambiente, principalmente por la presencia del
Cadmio.
Una pila voltaica aprovecha la electricidad de una
reacción química espontánea para encender
una bombilla (foco). Las tiras de cinc y cobre, dentro de
disoluciones de ácido sulfúrico diluido y sulfato
de cobre respectivamente, actúan como electrodos. El
puente salino (en este caso cloruro de potasio) permite a los
electrones fluir entre las cubetas sin que se mezclen las
disoluciones. Cuando el circuito entre los dos sistemas se
completa (como se muestra a la
derecha), la reacción genera una corriente
eléctrica. Obsérvese que el metal de la tira de
cinc se consume (oxidación) y la tira desaparece. La tira
de cobre crece al reaccionar los electrones con la
disolución de sulfato de cobre para producir metal
adicional (reducción). Si se sustituye la bombilla por una
batería la reacción se invertirá, creando
una célula
electrolítica.
Se necesita un frasco de cristal de boca ancha, un trozo
de tubería de cobre que esté limpia, una tira de
zinc o un sacapuntas metálico, dos cables
eléctricos, un vaso de vinagre, un LED (diodo emisor de
luz), que es como una bombilla muy pequeñita, parecida a
las que iluminan algunos árboles
de navidad, un
reloj despertador o cualquier otro aparato que funcione con
pilas.
A continuación se prepara el experimento:
• Se llena el frasco de cristal con vinagre.
• Con un extremo de uno de los cables, se conecta el
sacapuntas o tira de zinc y con un extremo del otro cable, se
conecta la tubería de cobre. Se introducen ambos elementos
en el frasco con vinagre.
• Los extremos libres de los dos cables se conectan bien a
cada Terminal del LED o bien a los dos polos de la porta pilas
del aparato. Conectar la polaridad, en el caso del reloj, de
forma correcta. El polo positivo con la tubería de cobre y
el negativo al sacapuntas o tira de zinc.
• ¿Qué ocurre con el LED?
Explicación: Las pilas tienen dos electrodos que suelen
ser dos metales (en nuestro caso la tira de zinc o el magnesio
del sacapuntas y el cobre de la tubería) y un electrolito,
que es la sustancia que permite conducir la corriente
eléctrica (en nuestro caso es el vinagre). La pila que
estamos fabricando tiene una intensidad de corriente muy baja por
lo que sólo podemos hacer funcionar algo que requiera una
potencia muy
pequeña, como es el caso del LED.
EXPLICACIONES DE LAS REACCIONES QUIMICAS
PRODUCIDAS EN UNA BATERIA
REACCION
QUIMICA EXPERIMENTO PILA DE DANIELLS
Un ejemplo del funcionamiento de una pila esta
descrito por la denominada pila de Daniell que se construye con
una lámina de cobre y otra de zinc introducidas en una
disolución acuosa de sulfato de cobre. Ambas
láminas, llamadas electrodos, se unen mediante un
conductor electrónico (por ejemplo un hilo de cobre). En
esta situación, los átomos de zinc se oxidan,
pierden electrones y pasan a la disolución como iones
positivos. Simultáneamente, los iones positivos de cobre
que están en la disolución se reducen, ganan
electrones y se depositan como átomos de cobre
metálico sobre el electrodo de cobre. Las reacciones
descritas anteriormente se las representa gráficamente a
continuación:
Funcionamiento de la pila de
Daniell
Entre las reacciones que se presentan en el
cátodo (electrodo con carga positiva), se encuentra la
reacción de reducción ya que el cobre gana
electrones y la reacción será:
Lo que indica que la barra de cobre gana
peso.
En cuanto al la reacción del ánodo
(electrodo con carga negativa), se tiene una reacción de
oxidación, puesto que el zinc pierde electrones, la
reacción que representa este esquema esta descrita
por:
Cuál significa que la barra de zinc pierde
peso.
Por lo tanto en una pila se está
produciendo:
– Una reacción química de
oxidación y otra de reducción
– Una corriente eléctrica de 1ª
especie o electrónica a través del hilo que
une los dos electrodos
– Una corriente eléctrica de 2ª
especie o iónica a través de la
disolución en la que están sumergidos los
electrodos.
Si alguno de estos fenómenos deja de
producirse, la pila deja de funcionar. Por
ejemplo:
– Si se acaba el Zn o el Cu2+, no puede
producirse la oxidación o la reducción. Esto es lo
que ocurre cuando se "gasta" una pila.
– Si se abre el circuito electrónico, no
puede producirse la corriente electrónica. Es lo que
ocurre cuando apagamos el aparato eléctrico que "funciona
a pilas"
LAS PILAS ALCALINAS DE MANGANESO.
Con un contenido de mercurio que ronda el 0,1% de su
peso total. Es una versión mejorada de la pila
anterior en la que se ha sustituido el conductor iónico
cloruro de amonio por hidróxido potásico (de
ahí su nombre de alcalina). El recipiente de la pila es de
acero y la disposición del zinc y del óxido de
manganeso (IV) es la contraria, situándose el zinc, ahora
en polvo, en el centro. La cantidad de mercurio empleada para
regularizar la descarga es mayor. Esto le confiere mayor
duración, más constancia en el tiempo y mejor
rendimiento. Por contra su precio es
más elevado. También suministra una fuerza
electromotriz de 1,5 V. Se utiliza en aparatos de mayor consumo
como: grabadoras portátiles, juguetes con
motor, flashes electrónicos.
El ánodo es de zinc amalgamado y el cátodo
es un material despolarizador que es en base a dióxido de
manganeso, óxido mercúrico mezclado
íntimamente con grafito, y en casos extraños oxido
de plata Ag2O (estos dos últimos son de uso muy costoso,
peligrosos y tóxicos) a fin de reducir su resistividad
eléctrica. El electrolito es una solución de
hidróxido potásico (KOH), el cual presenta una
resistencia
interna bajísima, lo que permite que no se tengan
descargas internas y la energía pueda ser acumulada
durante mucho tiempo. Este electrolito en las pilas comerciales
es endurecido con gelatinas o derivados de la celulosa.
Dentro de las reacciones que se presentan en la pila alcalina se
tiene:
La reacción en el ánodo es:
La reacción del cátodo es:
Existe cierta innovación que dentro de unos años
estará en el mercado que es la pila de aire, que la
reacción en el cátodo es:
Este tipo de pila se fabrica en dos formas. En una, el
ánodo consta de una tira de zinc corrugada devanada en
espiral de 0.051 a 0.13 mm de espesor que se amalgama
después de armarla. Hay dos tiras de papel absorbente
resistente a los álcalis ínter devanadas con la
tira de papel de zinc, de modo que el zinc sobresalga por la
parte superior y el papel por la parte inferior. El ánodo
está aislado de la caja metálica con un manguito de
poli estireno. La parte superior de la pila es de cobre y hace
contacto con la tira de zinc para formar la Terminal negativa de
la pila. La pila está sellada con un ojillo o anillo
aislante hecho de neopreno. La envoltura de la pila es
químicamente inerte a los ingredientes y forma el
electrodo positivo
Las pilas son arrojadas con el resto de la basura
domiciliaria, siendo vertidas en basureros, ya sean a cielo
abierto o a rellenos sanitarios y en otros casos a terrenos
baldíos, acequias, caminos vecinales, causes de agua, etc.
Para imaginar la magnitud de la
contaminación de estas pilas, vasta con saber que son
las causantes del 93% del Mercurio en la basura domestica,
así como del 47% del Zinc, del 48% del Cadmio, del 22% del
Níquel, etc.
Estas pilas sufren la corrosión de sus carcazas afectadas
internamente por sus componentes y externamente por la acción
climática y por el proceso de fermentación de la basura, especialmente la
materia
orgánica, que al elevar su temperatura
hasta los 70º C, actúa como un reactor de la contaminación.
Cuando se produce el derrame de los electrolitos
internos de las pilas, arrastra los metales pesados. Estos
metales fluyen por el suelo
contaminando toda forma de vida (asimilación vegetal y
animal).
El mecanismo de movilidad a través del suelo, se
ve favorecido al estar los metales en su forma oxidada, estos los
hace mucho más rápido en terrenos salinos o con
PH muy
ácido.
- Recolección: Es una medida adecuada siempre
que se tome las precauciones de cual va a ser el destino de
estos residuos. Una forma adecuada de llevar adelante su
recolección, es que los mismos centros de ventas de
pilas actúen como receptor de estos
residuos. - Depósito transitorio de residuos peligrosos:
es una instalación de uso permanente, en donde estos
residuos esperan su destino final, con medidas de seguridad
para evitar fugas al ambiente de sustancias contaminantes.
Hasta el momento en la Argentina es lo más
práctico y económico, esperando que se pueda
realizar su reciclado - Reciclado: si se cumple con efectividad, puede
lograrse el ciclo completo ideal (Japón
lo a logrado al igual que países de la Unión
Europea), ya que se obtienen metales que son escasos en el
planeta, se generan puestos de trabajo y se
preserva el ambiente en el cual nos encontramos.
- En lo posible, evitemos comprar objetos que funcionen
a pila o batería y que no nos haga falta. - No tiremos las pilas en la basura de nuestra casa,
pues el relleno sanitario no esta preparado técnicamente
para su disposición. - No abramos las pilas, pues contienen metales y
ácidos que contaminan el ambiente. - No arrojemos las pilas y baterías al fuego,
por que desprenden gases
tóxicos. - No recarguemos las pilas, a menos que su recarga este
específicamente indicada. - Compren pilas que tengan la leyenda: LIBRE DE
MERCURIO… - No tiremos pilas a cursos de agua por que lo
contamina. - No mezclemos pilas y baterías nuevas con
viejas. - No guardemos las pilas en el refrigerador o
calentarlas en el horno, pues puede contaminar los alimentos. - Retiremos las pilas de los artefactos si no los vamos
a utilizar.
OTRAS
FUENTES QUE DESARROLLAN ENERGIA
CELDA SOLAR DE LÁMINA DE COBRE
Una celda solar es un dispositivo que convierte la
energía lumínica del sol en electricidad. Las
celdas solares que se usan en las casas de campo y otros
están hechas de silicio y requieren mucha tecnología para
construirlos. Esta es una celda solar muy simple que no es tan
eficiente, pero que te servirá para hacer demostraciones
en una feria de ciencias o con
los alumnos de tu colegio. Su construcción lleva como una
hora. Esta celda solar está hecha de oxido cuproso en ves
de silicio. El óxido cuproso es uno de los primeros
materiales que mostraron el llamado efecto fotoeléctrico
en el cual la luz hace que la electricidad fluya en un material
determinado. Albert Einsten trató de explicar el efecto
fotoeléctrico, lo que le hizo ganar el premio Novel y lo
llevó a descubrir la Teoría
de la Relatividad.
Materiales:
Necesitarás:
- Un trozo de lámina de cobre de 30 por 30 cm,
que no sea ni muy grueso ni muy delgado. Aunque
funcionará con lo que encuentres. - Dos clips tipo "quijada de
caimán". - Un tester bien sensible o un micro
amperímetro. Puedes usar los medidores de corriente de
los radiorreceptores antiguos. - Una hornilla eléctrica que cuando se caliente,
su resistencia se vuelva roja. - Una botella de plástico
descartable o un frasco de vidrio de boca
ancha. - Sal de mesa.
- Agua limpia.
- Papel de lija o cepillo de cerdas de alambre para
taladro eléctrico. - Tijeras para cortar metal.
Cómo se construye la celda solar:
Se puede usar una hornilla: El primer paso es cortar un
trozo de cobre del tamaño de la hornilla. Nos lavamos las
manos para no dejar manchas de grasa en la lámina. Luego
lavamos la lámina para quitar todo rastro de grasa y
finalmente lijamos cualquier trazo de corrosión o
suciedad. Luego colocamos la lámina sobre el calentador y
hacemos que caliente al máximo. Al calentarse el cobre se
observan bellas figuras producidas por la oxidación. El
cobre se cubrirá con los colores rojo,
naranja y púrpura. Al calentarse más el cobre, los
colores son reemplazados con una capa obscura de óxido
cúprico. Este no es el óxido que buscamos, pero
luego se descascara mostrando los colores rojo, naranja y
púrpura del óxido cuproso que se encuentra por
abajo. Los últimos rastros de color desaparecen
al calentarse la cocina tomando un color rojo. Cuando el
calentador de la cocina está al rojo vivo, la
lámina de cobre se cubrirá con una capa de
óxido cúprico. Deja calentando por media hora, para
que la capa negra sea gruesa. Esto es importante porque una capa
gruesa se descascara muy bien, mientras que una capa delgada se
quedará colada al cobre. Después de media hora
apaga la hornilla y deja la lámina sobre ésta para
que se enfríe lentamente. Si haces enfriar muy
rápidamente el óxido negro se quedara pegado al
cobre. Al enfriarse el cobre, se encoge, lo mismo que el
óxido, pero en forma diferente, lo que hace que el
óxido salte en forma de escamas. Cuando el cobre ha
enfriado a la temperatura ambiente (unos 20 minutos) la mayor
parte del óxido negro se habrá separado. Frota un
poco con las manos debajo de agua corriente para separar los
trozos pequeños. Resiste la tentación de quitar
todas las manchas negras raspando fuerte o doblando el cobre.
Esto podría dañar la delicada capa roja de
óxido cuproso que hace que funcione la celda solar.
Cómo se ensambla Corta otra lámina de cobre del
mismo tamaño que la anterior, dobla ambas piezas
suavemente de manera que quepan dentro de la botella o frasco sin
tocarse. La capa de óxido debe apuntar hacia el exterior
de la botella. Coloca dos clips "quijada de caimán", uno a
cada lámina. Conecta el clip de la lámina sin
tratar al terminal positivo del tester o micro
amperímetro. El clip de la lámina con óxido
debe ir al Terminal negativo. Ahora vierte agua salada (usa unas
tres cucharas de sal) en la botella, cuidando que el agua no
llegue a los clips, deja unos 3 cm. de espacio entre el agua y
los clips. Estos no deben mojarse.
La foto de arriba muestra la celda solar en la sombra,
nota que el tester indica 6 microamperios de corriente. La celda
solar es una batería, aún en la oscuridad. Debido
al agua salada que la hace funcionar como una pila
electroquímica.
La foto de arriba muestra a la celda
solar en pleno sol. Nota que el tester muestra 33 microamperios
de corriente.
¿Cómo funciona?
El óxido cuproso es un material llamado
semiconductor. Un semiconductor, como indica su nombre
está entre un conductor, donde la electricidad puede fluir
libremente y un aislante, donde los electrones se encuentran
unidos firmemente a sus átomos y no fluyen
fácilmente. Cuando la luz del sol llega a los electrones
del óxido cuproso, algunos de los electrones ganan
suficiente energía como para pasar de un nivel de
energía (u órbita) a otro y se convierten en
electrones libres. Los electrones libres se mueven por el agua
salada, luego van a la lámina de cobre, van por el cable,
llegan al tester y vuelven al óxido cuproso. Los
electrones son los que hacen mover a la aguja del tester o
miliamperímetro. Cuando no hay mucha luz, no hay
suficientes electrones para hacer un trabajo que haga mover a la
aguja del tester.
Para empezar el voltaje de las pilas, depende de la
diferencia de potencial existente entre el ánodo y el
cátodo y como las mayores diferencias de potencial que se
pueden conseguir en una pila son 7,5 voltios, no tiene sentido
hablar de una pila de 140 voltios. (Además, las pilas
comerciales de mayor voltaje no llegan a 4 voltios; los 7,5
mencionados son teóricos, ya que para lograrlo
habría que usar un ánodo de estroncio (Sr) y un
cátodo de fluoruro de xenón (XeF) en un
hipotético disolvente que no fuera atacado por dichos
compuestos). Sin embargo, alguien podría argumentar que en
el mercado hay pilas de 9 voltios (o incluso más),
¿dónde está el error? No hay ninguno. Las
pilas de nueve voltios en realidad son 6 pilas normales de 1,5
voltios, conectadas en serie. Volviendo al símil de los
recipientes de agua, si necesitamos que entre dos recipientes
haya una distancia de 9 metros pero la mayor que podemos
conseguir es de 1 metro y medio, solucionamos el problema
colocando 6 recipientes a alturas consecutivas de un metro y
medio. La distancia total (que será proporcional a la
fuerza de caída), será de 9 metros, aunque en 6
etapas distintas.
En el cuerpo humano
se produce numerosas reacciones electroquímicas, pero no
es posible coordinarlas para lograr un funcionamiento similar al
de una pila convencional donde se consigue un flujo de electrones
por un cable conductor. Hay corrientes eléctricas en
movimiento,
por ejemplo en los nervios; pero las intensidades son
bajísimas, ya que estos flujos se utilizan para transmitir
señales, no energía. Y
también se podría argumentar que estas
señales se coordinan para producir energía, como es
el caso de los músculos. Sin embargo, no se trata de
energía eléctrica sino energía
conformacional (energía química debida a un cambio
en la posición de las moléculas). Para almacenar
energía eléctrica deberíamos disponer de
unas células especializadas, llamadas electrocitos. Este
es el caso de las anguilas, torpedos o rayas eléctricas.
Estos peces poseen
un órgano especializado, formado por este tipo de
células, las cuales son capaces de producir una descarga
eléctrica sincronizada de más de 600 voltios
(durante un corto instante de tiempo).
Un trabajo bastante complicado, muy amplio, en donde
buscamos todas las fuentes de
información un poco de todo pero resumido sobre la
pila o batería.
Nos fue muy difícil terminarlo en una semana pero
lo hicimos con esfuerzo, pensamos que llenara toda duda sobre el
tema a nuestros compañeros y a usted.
- http://www.unesa.net/unesa/html/programaeducativo/actividadeselviaje/actividad5.htm
- Biblioteca de Consulta Microsoft
® Encarta ® 2005. © 1993-2004 Microsoft
Corporation. Reservados todos los derechos. - http://www.monografias.com/trabajos25/pilas/pilas
- http://www.monografias.com/
- http://www.cienciafacil.com/
www.irabia.org/web/ciencias/elementos/elementos/pilas/newpage3.htm
www.irabia.org/web/ciencias/elementos/elementos/pilas/econocmia.htm
www.irabia.org/web/ciencias/elementos/elementos/pilas/pilasy.htm
www.irabia.org/web/ciencias/elementos/elementos/pilas/newpage2.htm
- www.educared.net/concurso/586/otraspilas.htm
- www.lions.org.br/circle/articulos/pilapilas.htm
- www.ideal.es/waste
- www.nezit.com.arg/
PRESENTADO POR:
IVÁN GUERRERO
HERMEL STOFER
ANNIE ORELLANA
DAVIS MOSQUERA
ROQUE BONILLA
UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PANAMÁ
QUÍMICA GENERAL
24 DE AGOSTO DEL 2005