PILAS

Es la primera fuente de ddp de origen químico que se descubrió. 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++ + 2e- Zn++

Reacciones químicas Los iones Zn++ se acumulan en la solución y los e- quedan en el electrodo de Zn. e- Zn++

- De esta manera el cinc queda negativo respecto al cobre que está neutro. e-

- + 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. SO4-2+Zn+2 S04Zn Zn+2 SO4-2

- + + - - e- 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 - OH3+1

- + + - e- e- De acuerdo a la ecuación. 2OH3+1+2e- H2+H2O El agua vuelve a la solución y el hidrógeno se deposita sobre las paredes del electrodo de Cu. e- + - OH3+1

- + + - e- e- De acuerdo a la ecuación. 2OH3+1+2e- H2+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- e- De acuerdo a la ecuación. 2OH3+1+2e- H2+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- 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 e- H H H H + - H H H H H

- - - e- Los electrones que llegan al Cu no reaccionan con el OH3 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 e- H H H H - H H H H H

- - - e- Así, la pila deja de funcionar antes que se consuma el Zn 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 e- H H H H - H H H H H

La solución? Hay que retirar el electrodo de cobre y secarlo, para quitarle el hidrógeno

f. e. m. (fuerza electromotriz) - + 0,9 V El elemento de Volta, suministra una fem de 0,9V aproximadamente

f. e. m. - + e- Y ésta no depende del tamaño de los 0,9V igual que la anterior e- Y ésta no depende del tamaño de los electrodos, sino del material con que están construidos. La cantidad de materia, influye en la duración. - +

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++

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+2e- H2+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

Pila de Bunsen Cambian: -1 electrodo -despolarizante ácido nítrico carbón de retorta Pila de Bunsen Cambian: -1 electrodo -despolarizante ácido nítrico

Pila de Bunsen Las reacciones en el electrodo positivo son: + - Zn C Las reacciones en el electrodo positivo son: 2H3O++2e- 2H2O+H2

Pila de Bunsen Las reacciones en el electrodo positivo son: + - Zn C Las reacciones en el electrodo positivo son: 2H3O++2e- 2H2O+H2 y en el despolarizante H2+2NOH3 2NO2+2H2O ácido nítrico dióxodo de nitrógeno

Pila de Bunsen + - Zn C Esta pila genera una ddp de 1,9V

Pila de Leclanché

Pila de Leclanché Cambian: -electrolito -despolarizante

Pila de Leclanché Cambian: -electrolito cloruro de amonio

dióxido de manganeso Pila de Leclanché Cambian: -despolarizante

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 (+) (-) (+) (-) 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 Pb Pb El elelctrolito es una solución de agua y ácido sulfúrico. En ella se sumergen los electrodos de plomo.

Construcción Los electrodos se cubrirán con una delgada capa de Pb Pb Los electrodos se cubrirán con una delgada capa de SO4Pb (sulfato de plomo)

Carga Se aplica una ddp a los electrodos y circula corriente por Pb Pb Se aplica una ddp a los electrodos y circula corriente por ellos. Esto esa posible porque la solución está ionizada. OH3+ SO4--

Carga Este es el sentido de circulación de los electrones Pb Pb Este es el sentido de circulación de los electrones exteriormente: OH3+ SO4--

Carga Este es el sentido de circulación de los electrones Pb Pb Este es el sentido de circulación de los electrones exteriormente: Y entonces los electrodos deben tener esta “carga”: + - OH3+ SO4--

Carga Los iones sulfato e hidronio, se dirigen hacia las placas de Pb Pb Los iones sulfato e hidronio, se dirigen hacia las placas de esta manera: + - OH3+ SO4--

Carga Se producen las siguientes reacciones: Pb Pb Se producen las siguientes reacciones: SO4- -+SO4Pb+2H2O 2SO4H2+PbO2+2e- + - OH3+ SO4--

Carga Se producen las siguientes reacciones: Pb Pb Se producen las siguientes reacciones: SO4- -+SO4Pb+2H2O 2SO4H2+PbO2+2e- El SO4H2 vuelve a la solución. Los electrones son los que circulan, y el dióxido de plomo se deposita sobre el electrodo. + - OH3+ SO4--

Carga Se producen las siguientes reacciones: Pb Pb Se producen las siguientes reacciones: SO4- -+SO4Pb+2H2O 2SO4H2+PbO2+2e- 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) + - OH3+ SO4--

Carga Se producen las siguientes reacciones: Pb Pb Se producen las siguientes reacciones: 2H3O++SO4Pb+2e- S04H2+Pb+2H2O + - OH3+ SO4--

Carga Se producen las siguientes reacciones: Pb Pb Se producen las siguientes reacciones: 2H3O++SO4Pb+2e- S04H2+Pb+2H2O Este electrodo queda recubierto de plomo. + - OH3+ SO4--

Carga Entonces ahora los electrodos son de 2 materiales distintos: Pb Pb Entonces ahora los electrodos son de 2 materiales distintos: - Dióxido de plomo - Plomo

Carga Pb Pb Así es posible que haya una ddp entre las placas.

Carga Así es posible que haya una ddp entre las placas. Esta ddp es 2V Pb Pb Así es posible que haya una ddp entre las placas. Esta ddp es 2V

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 SO4- -+SO4Pb+2H2O 2SO4H2+PbO2+2e- 2H3O++SO4Pb+2e- S04H2+Pb+2H2O Carga Descarga Carga Descarga

¿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 Evidentemente, la placa de la 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

FIN