Elaboracion de Celda Galvanica

Elaboración de pila galvánica con vinagre y materiales conductores

Preparation of galvanic cell with vinegar and conductive materials

Resumen

En las pilas galvánicas, ocurre una reacción química espontánea, la cual libera energía generando electricidad. El objetivo de este proyecto consiste en construir celdas electroquímicas con materiales conductores y verificar con un voltímetro el potencial real de la celda, para después compararlo con el potencial teórico de la misma. Los materiales que se utilizaron son vinagre al 0,08 M como electrolito, voltímetro, cables lagartos, y láminas de cobre, zinc y hierro fundido. En la primera celda (Cobre y Hierro) el potencial experimental fue 0,5 y su potencial teórico es de 0,78, teniendo así un porcentaje de error del 34.95%. En la celda 2 (Cobre y Zinc) el potencial experimental fue 0,94 y su potencial teórico es de 1.09, teniendo así un porcentaje de error del 14.95%. En la celda 3 (Hierro y Zinc) el potencial experimental fue 0.25 y su potencial teórico es de 0,32, teniendo así un porcentaje de error del 21.88%. Los porcentajes de error en serie de las celdas fueron 42.90, 26.50 y 12.5% respectivamente. La falta de calibración del voltímetro, contaminación de los reactivos entre otros son factores que puedan afectar el cálculo del potencial.

Palabras claves: ánodo, cátodo, cobre, zinc, aluminio, hierro, voltímetro

Abstract

In galvanic cells, a spontaneous chemical reaction occurs, which releases energy generating electricity. The objective of this project is to build electrochemical cells with conductive materials and verify the real potential of the cell with a voltmeter, to later compare it with its theoretical potential. The materials used are 0.08 M vinegar as electrolyte, voltmeter, alligator cables, and sheets of copper, zinc and cast iron. In the first cell (Copper and Iron) the experimental potential was 0.5 and its theoretical potential is 0.78, thus having an error rate of 34.95%. In cell 2 (Copper and Zinc) the experimental potential was 0.94 and its theoretical potential is 1.09, thus having an error rate of 14.95%. In cell 3 (Iron and Zinc) the experimental potential was 0.25 and its theoretical potential is 0.32, thus having an error rate of 21.88%. The cell serial error percentages were 42.90, 26.50, and 12.5%, respectively. The lack of calibration of the voltmeter, the contamination of the reagents, among others, are factors that can affect the calculation of the potential.

Keywords: anode, cathode, copper, zinc, iron, voltmeter

1. Introducción

La electroquímica se trata de una rama de la química que estudia las reacciones químicas que producen electricidad y como se aplica la electricidad para ocasionar un cambio químico, lo cual, dicho de manera más concreta, estudia lo referente a la conversión entre la energía eléctrica y la energía química. Esta conversión se conoce como proceso electroquímico y se trata de una reacción redox, en el cual ocurre un intercambio de electrones y donde la energía liberada a causa de una reacción espontanea se transforma en electricidad. Esto también puede ser al revés, es decir, la energía eléctrica provoca una reacción química que no sea espontanea. Un dispositivo en el cual exista este proceso electroquímico es conocido por el nombre de celda galvánica o pila. Estas pueden ser:

Galvánicas: Ocurre por una reacción química espontanea, la cual libera energía generando electricidad. Electrolíticas: La energía eléctrica proveniente de una fuente externa provoca una reacción química no espontanea.

Esto se aplica en un sistema electroquímico donde existe una diferencia con el potencial eléctrico entre las dos o más fases que puede tener la pila. La pila más básica consiste de dos conductores metálicos (electrodos) los cuales están sumergidos en disoluciones conductoras (electrolitos) que pueden estar en disoluciones de ácidos, bases o sales. Estos estarán unidos entre sí por un hilo metálico.

1. Marco teórico

Los físicos italianos, Luigi Galvani y Alessandro Volta fueron los pioneros en la creación de la celda galvánica, más comúnmente conocida como pila, la cual consiste en una celda electroquímica capaz de obtener energía eléctrica a partir de las reacciones redox espontaneas, las cuales tienen lugar dentro de la misma. Galvani descubrió que cuando dos metales diferentes, por ejemplo, el cobre y el zinc, entraban en contacto y, posteriormente, ambos tocaban diferentes partes de un nervio de un anca de rana, ocurría una contracción de los músculos de dicha extremidad. Este fenómeno fue llamado electricidad animal y sirvió de modelo para el diseño de la primera pila (Welzels, 1978). Posteriormente, un par de décadas más adelante, Alessandro Volta diseño la pila galvánica. Los descubrimientos de estas dos grandes mentes

marcaron el camino para el desarrollo de las baterías eléctricas. De manera coloquial, decimos la palabra pila, la cual es una celda galvánica única y una batería propiamente dicha que consta de varias celdas, las cuales están conectadas en serie o en paralelo (Burbano, 2018).

Celda galvánica

Una celda galvánica o pila se trata de un dispositivo el cual convierte la energía química en eléctrica; esta lleva los electrones de un punto en cual exista un menor potencial a otro punto donde esta sea mayor (Lobkowicz, 1975). La energía resulta asequible mediante las dos terminales que suelen tener la pila; estos son conocidos como polos o electrodos. Los dos electrodos por lo general son diferentes metales los cuales proporcionan una superficie en la cual ocurren las reacciones de oxidación y reducción. (Codena, 2015). Su estructura consiste en dos electrodos, que generalmente son metálicos, y que están introducidos en una disolución conductora de la electricidad, es decir un electrolito.

Estos electrodos o polos son la conexión externa que tienen las celdas galvánicas y es donde se ocurren dos reacciones químicas diferentes. En una celda hay un metal que está formado por átomos los cuales poseen la capacidad para soltar electrones y en la otra celda se encuentra un elemento que tiene los átomos que desean capturar a los electrones y que al ponerse en contacto empieza a circular la corriente eléctrica (Lobkowicz, 1975). Hay que tener claro que la pila siempre tendrá un polo positivo y un polo negativo.

Voltaje

El voltaje dependerá del tipo de componentes y de las reacciones que ocurran en su interior. Si la reacciones que están pasando dentro de la pila son reversibles, es decir, pueden ir hacia atrás dándoles corriente, se tratara de una pila recargable (Eisberg, 1983).

Electrolisis

La electrolisis se da mediante el uso de una corriente eléctrica para estimular una reacción no espontánea. Se utiliza también para separar una sustancia en sus componentes o elementos originales. A través de este procedimiento se han descubierto varios elementos que se producen en la industria actual. En la electrólisis, se envía una corriente eléctrica mediante un electrolito a la solución para estimular el flujo de iones necesarios para efectuar una reacción que de otra forma no sería espontánea. Los procesos que involucran electrólisis incluyen el proceso de electro refinación, electro síntesis y el proceso cloro álcali (Chang, 2013).

De forma más explícita, la electricidad se trata de una forma de energía la cual se puede trasmitir de un punto a otro. Todos los cuerpos poseen esta característica, la cual es propia de las partículas que lo forman, no obstante, algunas partículas la trasmiten mejor que otras. Acorde a su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica los cuerpos, son clasificados en dos categorías, que serían los de conductores y aisladores. Los conductores son los que dejan traspasar a través de ellos la electricidad, entre éstos tenemos

a los metales como el cobre, el hierro, el oro, el aluminio, el cinc y la plata, es decir que, en sí, los metales son buenos conductores de la electricidad. Hablando en detalles más técnicos los materiales conductores, estos son aquellos materiales que poseen una muy baja resistencia al paso de la corriente eléctrica.

Cobre

Se trata de uno de los más antiguos materiales conocidos por el ser humano. Su ductilidad y conductividad eléctrica fueron han sido explotadas desde los primeros experimentos con la electricidad. (Gomez Maqueda, 2018)

Posee una grande capacidad de conductividad, resulta resistente a la tracción y tiene capacidades de expansión y de conductividad térmicas.

Zinc

Su principal uso ocurre en el proceso de recubrimiento de otros metales, por ejemplo, durante el galvanizado se introduce en zinc fundido de manera que sirva como protector.(PRTR, 2008)

Hierro

Se le hace comparación con el cobre, pero posee ventajas que lo hacen más atractivo para algunas aplicaciones específicas. A la hora de elegir materiales conductivos se toma en cuenta que el aluminio tiene nomas el 60% de la conductividad del cobre, pero solo el 30% del peso de este, lo que significa que, por ejemplo, un cable pelado de aluminio pesa la mitad que uno de cobre con la misma resistencia eléctrica. (Gomez Maqueda, 2018). Por otra parte, los aisladores o malos conductores, son aquellos que no permiten el paso de la corriente eléctrica, como serian la madera o el plástico. Su relación con la pila se trata de un sistema que transforma la energía química en energía eléctrica y en el interior de la pila se está produciendo una reacción química entre el cinc (un metal) y un ácido, el cual genera el flujo de electricidad.

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