REACCCIONES REDOX EN ELECTROQUIMICAEXPERIMENTO DE LA PILA DE LIMON

Este experimento tiene el fin de demostrar cómo hemos evolucionado a través de la ciencia y como a través de la química se puede llegar no solo a producir reacciones o tratamientos de alimentos sino que también podemos llegar a producir energía eléctrica a través de manifestaciones de la energía interna del cuerpo produciendo mas energía de lo común lo cual lleva a que se produzca energía eléctrica con esta breve iniciación de lo que han hecho miles de científicos de convertir energía química a eléctrica.

Construimos nuestra pila natural insertando en un limón, una barra de zinc (por ejemplo un clavo galvanizado), y una barra de cobre. Estos dos, actúan como electrodos, y el ácido cítrico del limón actúa como electrolito, generando una pequeña cantidad de corriente. Usamos un LED para comprobar si esta pila funciona, el LED es perfecto para este tipo de experimentos porque, únicamente necesita3 V para encenderse. El problema de este tipo de pilas es que con un limón aproximadamente se produce 1 V, y como antes he dicho el LED se enciende a partir de 3 V. Por eso necesitaremos como mínimo tres limones.

LIMON

LED

Electrodo de Cu

Electrodo de Zn

FIGURA 1. Montaje de pila de limón

Dentro de una pila no ocurre una reacción química a menos que los polos, o electrodos, se conecten entre sí, ya sea directamente –lo cual es de utilidad dudosa– o con un aparato en medio con el objeto de hacerlo funcionar. Cuando se realiza la conexión, los electrones circulan por el circuito externo y van de un electrodo al otro. En esos electrodos se producen las reacciones, dentro de la pila. Por ende están presentes todos los elementos de una reacción redox: oxidante (en el cátodo), reductor (en el ánodo), electrolito (en toda la pila) y electrodos.

Las reacciones ocurren en los electrodos (ánodo y cátodo). En el ánodo, la especie reductora se oxida –pierde electrones– por lo que se genera carga negativa. Estos electrones “viajan” a través del cable y de lo que tengamos conectado en su camino (una lamparita, una calculadora, el circuito externo) y llegan al cátodo, en donde el oxidante se reduce. En este caso el cátodo está cargado positivamente, por eso los electrones provenientes de la reacción de reducción se dirigen hacia allí. Este proceso es el que alimenta de electrones al circuito externo.

Material del Cátodo(+)

Material del ánodo(-)

Verificación del funcionamiento

Tachuela de cobre Tachuela de zinc Voltímetro digital

TABLA 1. Estructura de los electrodos de la pila

Pero este proceso no puede ocurrir indefinidamente, las cargas tienen que circular, si no, no habría corriente. El electrolito cumple el papel de cerrar el circuito de corriente. Es decir, lleva cargas negativas (aniones) al ánodo, y cationes al cátodo. Así, la carga puede dar toda la vuelta al circuito, y se genera una corriente. En el circuito interno, la corriente está dada por los iones del electrolito.

A medida que ocurre la reacción química y la pila funciona, los reactivos se van gastando y ésta se “descarga” de a poco. Lo más común es que se agoten los electrodos, o que no quede superficie de reacción en ellos y la pila queda inutilizada.

En este caso, una pila construida en un soporte natural, como un limón, aprovecha dos cosas: por un lado los potenciales de reducción diferentes de dos conocidos metales y por otro, el contenido normal de sales de un organismo viviente. El limón separará ambas reacciones y proveerá un medio razonablemente conductor. Vale la pena observar que las reacciones REDOX en cada uno de sus electrodos:

Cu 2+(ac) + 2 e- Cu 0

Zn 0 Zn 2+(ac) + 2 e-

Cátodo (Reducción)

Ánodo (Oxidación)

Hay que tener en cuenta que los protones son aportados por el medio acido dentro del limón para la reacción de oxidación del Zinc

2 H+ (ac) + Zn0 → H2 (g) + Zn2+ (ac)

CONCLUSION:

Construimos una pila formada por un electrodo de zinc (ánodo: electrodo negativo) y un electrodo de cobre (cátodo: electrodo positivo), como electrolito el acido cítrico (acido presente en el limón)

La reacción química comienza a disolver la lámina de zinc. Los electrones de los átomos de zinc fluyen por el circuito completo hacia la lamina de cobre que ha pasado a ser positiva después de perder los electrones en el acido. La lamparita o distintivo LED se enciende al fluir la corriente. Esta corriente continúa hasta que el zinc se consume por completo o el acido se inutiliza.

EXPERIMENTO PILA DE MONEDAS

A través de este experimento se construye un modelo de una pila de volta.

FIGURA 1. Materiales necesarios para el experimento

EN SU FORMA MÁS ELEMENTAL, una pila se compone de cátodo (polo positivo), ánodo (polo negativo) y electrolito (la parte de en medio). Existen muchas combinaciones distintas. La electricidad consiste en el movimiento de los electrones, que son minúsculas partículas de carga negativa. Para el ánodo se emplean sustancias que liberan electrones con facilidad, como el zinc, que libera los electrones por átomo. Para el cátodo, sustancias que aceptan electrones con facilidad, como el cobre.

El electrolito puede ser líquido, un gel o una pasta. Lo único importante es que contenga iones de carga positiva y negativa que fluyan al activarse el ánodo y el cátodo. Cuando el físico italiano Alessandro Volta fabricó la primera pila, empleó cobre para el cátodo, zinc para el ánodo y un electrolito hecho de papel secante y agua marina. De su apellido procede la palabra "voltio

Las monedas de cobre serán el cátodo, y el papel de plata (papel aluminio) el ánodo.

Papel húmedo

CATODOMoneda Cu (+)

ANODOAluminio Al (-)

FIGURA 2. Representación de la pila

Cortamos el papel de plata y el papel blanco en discos, de tal manera que puedan amontonarse unos encima de otros. El papel blanco estará impregnado en vinagre, pero también tiene por función impedir el contacto de los metales entre sí, de manera que los discos de papel han de ser un poco más gruesos que los de papel de plata o las monedas.

1. Mezcla un poco de vinagre y sal en el cuenco. El vinagre es ácido acético, y todos los ácidos pueden emplearse como electrolitos. La sal común es cloruro sódico, una combinación de iones positivos y negativos (Na+ y Cl-), que se separan en el electrolito, incrementando la fuerza de este.

CH3 COOH(ac) + NaCl (s) CH3 COO-Na+(ac) + H+Cl- (ac)

2. Impregna los discos de papel blanco en el electrolito rico en iones.

3. Con la cinta aislante, pega el extremo de uno de los cables al dorso de un disco de papel de plata (aluminio). Ahora ve haciendo un montón en este orden: papel de plata, secante moneda, papel de plata (aluminio), papel blanco, moneda. Cada una de estas combinaciones es una minúscula pila, pero incluso para encender un diodo emisor de luz necesitarás unas cuantas

Todos los iones positivos van a parar a una terminal, y todos los negativos de la otra. Así lo que estás haciendo es cargar tu pila.

4. Cuando ya tengas hecho el montón, puedes pegar un cable a la última moneda con cinta aislante, con lo cual tendremos la terminal positiva. Ahora podremos iluminar un diodo LED, como se ve en el dibujo de abajo o, con suficientes pilas de monedas, incluso una pequeña bombilla

Las reacciones REDOX se presentan a continuación:

Cu2+(ac) + 2 e- Cu 0

Al 0 Al 2+(ac) + 2 e-

Cátodo (Reducción)

Ánodo (Oxidación)

CONCLUSION:

Al poner en contacto un metal con un electrolito se genera- debido a una reacción electroquímica- un potencial de contacto que es diferente según el metal y el electrolito que utilicemos.

Cuando se unen dos electrodos diferentes, con diferente potencial de contacto, mediante un hilo metálico, se produce un paso de electrones, del polo negativo al positivo, debido precisamente a esa diferencia de potencial (o fuerza electromotriz) entre los electrodos. El paso de corriente provoca la disminución gradual de dicha diferencia de potencial. Al final, cuando el potencial se iguala, deja de pasar corriente eléctrica y se dice que la pila se ha agotado.

Una pila eléctrica está formada, fundamentalmente, por tres elementos: un líquido conductor de la electricidad llamado electrolito y dos elementos en forma de barra llamados electrodos (también bornes o polos), fabricados de distintos materiales y sumergidos en el electrolito. Uno de ellos es el polo positivo o ánodo y el otro es el polo negativo o cátodo. Si los dos polos, o electrodos se conectan con un cable conductor se produce un paso de corriente eléctrica