PILAS
Elemento de Volta
Es la primera fuente
de ddp de origen
químico que se
descubrió.
Partes del elemento
de Volta
Cuba electrolítica
Es el recipiente en
que se colocará la
solución (electrolito)
Allí se sumergirán
los electrodos.
Solución
Se forma con:
90% de agua
Solución
Se forma con:
90% de agua
10% de SO4H2
Ionización
La solución se ioniza
de esta forma:
SO4H2+2H2O
SO4-2+2OH3+1
Obteniéndose
los iones
Sulfato (SO4--) e
Hidronio (OH3+)
Electrodos
Son los metales que
generarán la
diferencia de
potencial
Electrodos
Uno de ellos es
de cinc (Zn)
Electrodos
Uno de ellos es
de cinc (Zn)
El otro es de
cobre (Cu)
Reacciones químicas
El Zn es atacado
por el ácido sulfúrico,
oxidándose y
disolviéndose en el
mismo.
Zn++
Zn++
Zn++
Zn++ Zn++
Zn
Zn++ + 2e-
Reacciones químicas
Los iones Zn++ se
acumulan en la
solución y los equedan en el
electrodo de Zn.
e-
ee- Zn++
Zn++ e++
Zn
e
Zn++ Zn++
De esta manera
el cinc queda
negativo respecto
al cobre que está
neutro.
e-
eeee-
e
-
Entonces, si se
cierra el circuito
exteriormente, los
electrones pasan al
Cu, mientras el Zn
sigue ionizándose.
-
+
e
-
Es interesante
destacar que los
extremos inferiores de
los electrodos,
quedan cargados
con el signo
contrario.
-
+
+
-
e
-
El ion sulfato y el ion
Zn, se combinan,
formando sulfato de
cinc.
-
+
Zn+2
SO4-2+Zn+2
S04Zn
SO4-2
e
-
El hidronio se
dirige hacia el cobre
y allí se reduce
según la ecuación:
2OH3
+1+2e-
H2+H2O
(siendo H2 gaseoso)
-
+
e-
+
OH3+1
e
-
De acuerdo a la
ecuación.
2OH3+1+2eH2+H2O
El agua vuelve a la
solución y el
hidrógeno se deposita
sobre las paredes del
electrodo de Cu.
-
+
e-
+
OH3+1
e
-
De acuerdo a la
ecuación.
2OH3+1+2eH2+H2O
El agua vuelve a la
solución y el
hidrógeno se deposita
sobre las paredes del
electrodo de Cu.
-
+
H
H
e
H
+
H
-
e
-
De acuerdo a la
ecuación.
2OH3+1+2eH2+H2O
El agua vuelve a la
solución y el
hidrógeno se deposita
sobre las paredes del
electrodo de Cu.
-
+
H
H
H
e
H
+
H
H
H
H
e
-
El hidrógeno
forma así, una capa
aislante, que recubre
al electrodo de Cu.
Este proceso se llama
polarización
-
+
H
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H H
HH
e
+
-
equilibrio
Los electrones que llegan al
Cu no reaccionan con el OH3
y se acumulan cargando al Cu
negativamente.
Ambos electrodos se
equilibran
De esta manera, la pila deja
de funcionar, pues no circulan
electrones exteriormente.
-
H
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H H
HH
e
-
equilibrio
Así, la pila deja de
funcionar antes que se
consuma el Zn
o se agote el ácido
sulfúrico
-
H
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H H
HH
e
-
La solución?
Hay que retirar el electrodo de cobre y
secarlo, para quitarle el hidrógeno
e
f. e. m.
(fuerza electromotriz)
El elemento de Volta,
suministra una fem
de 0,9V
aproximadamente
0,9- V
-
+
+
-
f. e. m.
Y ésta no depende
del tamaño de los
electrodos, sino del
material con que
están construidos.
La cantidad de
materia, influye en
la duración.
0,9V
igual que
la anterior
e
-
-
+
+
-
Y si se quiere lograr una fem
mayor ?
La solución es simple, solo hay que
conectar en serie una determinada
cantidad de elementos, y sus fem se
sumarán.
Se suman así, sus fem.
2,7 V
¿ Por qué la llamamos pila ?
El origen de este nombre proviene de la forma en que se
asociaban en serie los distintos elementos.
En vez de trabajar con líquidos en un vaso, Volta trabajó con
pastillas de Zn y Cu separadas por un paño embebido en
una solución ácida.
Para conectarlas en serie, las apilaba dentro de un tubo de
vidrio, y en sus extremos conectaba,
obteniendo la ddp querida.
¿ Por qué la llamamos pila ?
Este es uno solo de los elementos
de Volta
electrodo de cobre
paño embebido en ácido
electrodo de cinc
Esta es una
verdadera PILA
¿ Cuál es su fem ?
Respuesta:
7,2 V
¿Cómo se combate la
polarización?
Evidentemente no es muy práctica una
pila en la que hay que sacar y secar un
electrodo para que siga funcionado
¿Cómo se combate la
polarización?
Para mejorar esta pila, se inventaron
otras, en las que se buscó neutralizar el
fenómeno de la polarización.
Pila de Daniell
`Pila de Daniell
Se coloca el electrodo positivo dentro de
un vaso poroso que contiene una
substancia (despolarizante) que busca
neutralizar al hidrógeno que se deposita
sobre el cobre.
Pila de Daniell
Inicialmente es una
pila de Volta.
Pila de Daniell
Pero se le agrega un
vaso pororso, que
encierra al cobre.
Pila de Daniell
El vaso se llena con
sulfato de Cobre que
es la substancia
despolarizante.
Pila de Daniell
Entonces las
reacciones se
modifican.
Pila de Daniell
El Zn es atacado
por el ácido sulfúrico,
oxidándose y
disolviéndose en el
mismo.
Zn
Zn++ + 2e-
Zn++
Zn++
Zn++
Zn++ Zn++
Pila de Daniell
La solución se ioniza
de esta forma:
SO4H2+2H2O
SO4-2+2OH3+1
Obteniéndose
los iones
Sulfato (SO4--) e
Hidronio (OH3+)
Pila de Daniell
El ión hidronio pasa
a través del vaso
poroso y llega al Cu
para repetir la
reacción de la pila de
Volta
OH3+1
Pila de Daniell
De acuerdo a la
ecuación:
2OH3+1+2eH2+H2O
vuelve a generarse el
hidrógeno sobre el
cobre, pero esta vez no se
deposita , sino que
reacciona con el sulfato
de cobre.
Pila de Daniell
La reacción es:
SO4Cu+H2
SO4H2+Cu
y entonces se forma
ácido sulfúrico que
vuelve a la solución y
cobre que se deposita en
el electrodo.
Pila de Daniell
La ddp suministrada
es de 1V
Pila de Bunsen
Pila de Bunsen
Cambian:
-1 electrodo
-despolarizante
Pila de Bunsen
Cambian:
-1 electrodo
-despolarizante
ácido
nítrico
carbón de retorta
Pila de Bunsen
Cambian:
-1 electrodo
-despolarizante
ácido
nítrico
Pila de Bunsen
+
Zn
Las reacciones en el
electrodo positivo
son:
2H3O++2e2H2O+H2
C
Pila de Bunsen
+
Zn
C
Las reacciones en el
electrodo positivo
son:
2H3O++2e2H2O+H2
y en el despolarizante
H2+2NOH3
2NO2+2H2O
ácido nítrico
dióxodo de nitrógeno
Pila de Bunsen
+
Zn
Esta pila
genera una
ddp
de 1,9V
C
Pila de Leclanché
Pila de Leclanché
Cambian:
-electrolito
-despolarizante
Pila de Leclanché
Cambian:
-electrolito
cloruro
de
amonio
Pila de Leclanché
Cambian:
-despolarizante
dióxido
de
manganeso
Pila de Leclanché
La solución
se ioniza de esta
forma
2NH4Cl+4H2O
2Cl-+2H3O++NH4OH
Pila de Leclanché
La solución
se ioniza de esta
forma
2NH4Cl+4H2O
2Cl-+2H3O++NH4OH
y el Zn se oxida
como en los casos
anteriores (Zn+++2e-)
Pila de Leclanché
En el electrodo
de Carbono se
sigue liberando
Hidrógeno.
En el despolarizante...
2MnO2+H2
H2O+MnO3
Pila de Leclanché
De esa forma se
neutraliza el
hidrógeno y se evita
la polarización.
Pila de Leclanché
La reacción en el
electrolito es
la siguiente
2Cl+Zn+2
ZnCl2
Pila de Leclanché
La principal
importancia de
la misma es que es
la base de la pila
seca común.
PILA SECA
PILA SECA
Se trata de una pila de Leclanché
modificada.
El cambio consiste en que el electrolito
y el despolarizante están combinados
con substancias que les dan una
consistencia “pastosa” o gelatinosa, de
manera tal que se evita la presencia de
líquidos.
PILA SECA
Carbón (+)
Cloruro de
amonio
(electrolito)
recipiente
dióxido de
manganeso
(despolarizante)
Zinc (-)
PILA SECA
No importa su tamaño, sino sus
componentes
(+)
(+)
(-)
(-)
Las dos
tienen una
ddp de 1,5V
Pilas alcalinas
• Se caracterizan
por su mayor
duración
• En ellas se reemplazó el cinc por
magnesio o cadmio y el cloruro de
amonio por soluciones de potasa
cáustica
Pilas botón
• Son las usadas en relojes y
calculadoras.
• Producen 1,35 V
• Contienen mercurio
• Gran duración
Zn
Óxido de mercurio
+
Acumuladores
12 V
ACUMULADORES
Acumulador de plomo
La principal diferencia operativa entre
las pilas y los acumuladores, es el
hecho de que el acumulador es
recargable, y además debe ser cargado
previamente, antes de su primera
utilización.
Acumulador de plomo
La principal diferencia constructiva
entre ambos es que en el acumulador,
los electrodos son inicialmente del
mismo material (Pb), por lo que
naturalmente no puede aparecer una
ddp entre ambas
Construcción del acumulador
El elelctrolito es
una solución de agua
y ácido sulfúrico.
En ella se sumergen
los electrodos
de plomo.
Pb
Pb
Construcción
Los electrodos se
cubrirán con una
delgada capa de
SO4Pb (sulfato de plomo)
Pb
Pb
Carga
Se aplica una ddp
a los electrodos y
circula corriente por
ellos.
Esto esa posible
porque la solución
está ionizada.
Pb
Pb
SO4--
OH3+
e-
Carga
Este es el sentido
de circulación de los
electrones
exteriormente:
ee-
e-
Pb
Pb
SO4--
OH3+
e-
Carga
Este es el sentido
de circulación de los
electrones
exteriormente:
Y entonces los
electrodos deben
tener esta “carga”:
ee-
e-
Pb
Pb
+
SO4--
OH3+
e-
Carga
Los iones sulfato e
hidronio, se dirigen
hacia las placas de
esta manera:
ee-
e-
Pb
Pb
+
SO4--
OH3+
e-
Carga
Se producen las
siguientes reacciones:
SO4- -+SO4Pb+2H2O
ee-
e-
Pb
Pb
2SO4H2+PbO2+2e-
+
SO4--
OH3+
e-
Carga
Se producen las
siguientes reacciones:
SO4- -+SO4Pb+2H2O
El SO4H2 vuelve a la solución.
Los electrones son los que
circulan, y el dióxido de plomo
se deposita sobre el
electrodo.
ee-
e-
Pb
Pb
2SO4H2+PbO2+2e-
+
SO4--
OH3+
e-
Carga
Se producen las
siguientes reacciones:
SO4- -+SO4Pb+2H2O
El SO4H2 vuelve a la solución.
Los electrones son los que
circulan, y el dióxido de plomo
se deposita sobre el
electrodo.(se observa un
cambio de coloración)
ee-
e-
Pb
Pb
2SO4H2+PbO2+2e-
+
SO4--
OH3+
e-
Carga
Se producen las
siguientes reacciones:
2H3O++SO4Pb+2e-
ee-
e-
Pb
Pb
S04H2+Pb+2H2O
+
SO4--
OH3+
e-
Carga
Se producen las
siguientes reacciones:
2H3O++SO4Pb+2e-
ee-
e-
Pb
Pb
S04H2+Pb+2H2O
Este electrodo queda
recubierto de plomo.
+
SO4--
OH3+
Carga
Entonces ahora los
electrodos son de
2 materiales distintos:
- Dióxido de plomo
- Plomo
Pb
Pb
Carga
Así es posible que
haya una ddp entre
las placas.
Pb
Pb
2V
Carga
Así es posible que
haya una ddp entre
las placas.
Esta ddp es 2V
Pb
Pb
Descarga
Conectando exteriormente ambos
electrodos, se genera una corriente, y
se producen reacciones en las placas.
La corriente y las reacciones son inversas
a las que se dieron durante el proceso
de carga, lo que explica la reversibilidad
del funcionamiento del acumulador de
plomo.
REACCIONES
Carga
SO4- -+SO4Pb+2H2O
2SO4H2+PbO2+2eDescarga
2H3O++SO4Pb+2e-
Carga
Descarga
S04H2+Pb+2H2O
¿Por qué se llama
acumulador?
El nombre se debe a que este dispositivo acumula
dióxido de plomo, sobre uno de los electrodos.
El acumulador funcionará mientras haya material
para llevar a cabo, la reacción de descarga.
Y cómo se consigue más de 2V ?
Para conseguir una ddp mayor, es necesario, como
en la pila, conectar varios acumuladores en serie.
De allí proviene el nombre de batería , aplicable a
conjuntos de cosas similares.
La batería del automovil brinda 12V, de lo que
deducimos que consta de 6 acumuladores
conectados en serie.
Para conseguiur mayor eficiencia, hay que
aumentar la cantidad de material acumulado, lo
que se consigue con placas más grandes. Esto no
siempre es práctico, por eso la solución es usar
placas con mayor superficie, pero con las mismas
dimensiones.
¿Cómo se consigue?
Haciendo una superficie irregular.
Corte de 2 placas
lisa
Evidentemente, la placa de la
izquierda tiene una superficie
mucho menor, lo que significa
que en la otra se depositará
mucho más dióxido de plomo.
Observe que ambas ocupan
el mismo lugar
irregular
Batería de 12V
Tiene 6 celdas. Cada una contiene un acumulador.
Tapa para
acceder a la
celda
(a través de
ella se puede
reponer el
agua que se
evaporó)
Bornes de conexión
Batería de 12V
Cada celda contiene varias placas.
Batería de 12V
Cada placa tiene
esta forma:
En este
punto están
unidas entre
si.
Este reticulado es para
aumentar la superficie
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