¿QUÉ ES LA PILA ELÉCTRICA?
Dispositivo que genera energía eléctrica por un proceso químico. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos o electrodos. Uno de ellos es el polo positivo o ánodo y el otro es el polo negativo o cátodo.
¡ALGO DE HISTORIA!
Volta fue un físico italiano, nacido en Como, que se interesó e investigó uno de los fenómenos más famosos en su época: la electricidad.
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 zinc 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.
PARTES DE UNA PILA ELÉCTRICA
VASO
El vaso es el receptáculo que contendrá todos los demás componentes dentro de la pila. Está hecho de acero revestido de níquel en forma de un recipiente para contener los químicos. También sirve como colector positivo.
CÁTODO
El cátodo consiste en una mezcla de dióxido de manganeso, grafito, alguna solución electrolítica y, en algunos casos, una pequeña cantidad de materia adherente.
La masa de cátodo es transformada en pastillas que luego se ajustan fuertemente para que tengan un firme contacto con el vaso. Por ende, el vaso completo se transforma en el colector del cátodo que distribuye electrones.
Existen en la fabricación de pilas 3 métodos comunes para el cátodo.
1- Cátodo en Forma de Pastillas
Para facilitar la fabricación, la mezcla de cátodo es comprimida en pastillas antes de su ensamblaje dentro de la pila. Cuatro pastillas en forma de cilindros huecos son empujadas dentro del vaso para que ejerzan un contacto a presión con el vaso.
2- Método de Extrusión
Este método se usa básicamente con pilas pequeñas, y forma el cátodo directamente dentro del vaso vertiendo gránulos o cátodo en polvo dentro del vaso. Luego se introduce un punzón para comprimir la mezcla contra el vaso de metal y darle la forma de un cilindro hueco.
3- Cátodo Re-compactado en Forma de Pastillas
La mezcla de cátodo es comprimida en pastillas antes de su ensamblaje dentro de la pila.
SEPARADOR
El separador es de un material poroso de fibra (papel) que actúa como barrera entre el ánodo y el cátodo. Duracell usa un separador combinado compuesto de papel no tejido adherido a celofán. El celofán actúa mejor como barrera entre el ánodo y el cátodo.
El separador permite a los iones pasar entre el ánodo y el cátodo y evita un contacto eléctrico directo.
ÁNODO
El ánodo consiste de zinc en forma de polvo que luego es combinado con otros materiales para formar una pasta o suspensión.
Esta suspensión es inyectada en la pila dentro de la cavidad formada por el separador.
CLAVO
El clavo que a menudo es de bronce o de bronce al silicio estañado está soldado a la tapa negativa. Esto convierte la tapa negativa en el polo negativo.
El clavo sirve como conductor de la corriente eléctrica producida en el ánodo. El clavo también es denominado "colector de corriente del ánodo".
El casquete es un disco metálico unido al colector del ánodo (clavo) para darle una superficie externa plana.
SELLO
La pila misma está cerrada por un sello que mantiene adentro los componentes internos y sostiene al colector del ánodo. El sello es sostenido por una hendidura en el vaso denominada reborde o escalón. El plegado es el borde enrollado del vaso que mantiene el sello en su lugar. El sello está hecho de nylon o polipropileno e incluye un área delgada que funciona como respiradero de seguridad.
Existen algunos otros componentes con los que usted también debería estar familiarizado:
-Un sellador es usado en las interfaces sello/vaso y sello/clavo. El sellador es resistente al calor y a la humedad para evitar filtraciones bajo todo tipo de condición ambiental.
-Disco de Apoyo - Un anillo metálico de refuerzo que sostiene el sello plástico.
Chaquetilla Plástica Exterior - Tiene los colores negro y dorado. Lleva todo el texto. Cubre el perímetro. Aísla el vaso (+) del compartimento para pilas del aparato.
ELECTROLITO
El electrolito se halla en toda la pila dentro del cátodo, del ánodo y del papel separador.
Es una solución de hidróxido de potasio en agua que lleva la corriente iónica en el interior de la pila. El electrolito también proporciona el agua necesaria para que el zinc y el dióxido de manganeso tengan una reacción química.
LA REACCIÓN QUÍMICA
Las pilas pueden parecer sencillas, pero proporcionar energía empacada constituye un proceso electroquímico muy complicado.
La corriente eléctrica en forma de electrones comienza a fluir en el circuito externo cuando el artefacto, en este caso una bombilla, es encendido. En ese momento, el material del ánodo, el zinc (Zn), cede dos electrones (e-) por átomo en un proceso denominado oxidación, dejando atrás el zinc que contiene iones, lo cual eventualmente forma el óxido de zinc (ZnO).
Los electrones entran al cátodo donde reaccionan con el MnO2 y el H+ del agua para formar el MnOOH. La división del H+ de una molécula de agua genera la producción de iones de OH-. Se completa el circuito interno cuando los iones de hidróxido producidos en esta reacción en el cátodo fluyen hacia el ánodo en forma de corriente iónica. Allí son consumidos para formar complejos iones de zinc que finalmente se descomponen para formar óxido de zinc y agua.
SERIE ELECTROMOTRIZ
La serie de fuerza electromotriz es una lista de potenciales ordenada de modo que, si están planteadas las reacciones como reducción, los más positivos son los metales nobles o sustancias que no reaccionan fácilmente, mientras que los más negativos son los llamados activos y que sufren corrosión fácilmente (si son metales efectivamente).
De acuerdo a los elementos que se utilicen funciona la pila
Deben de actuar un elemento que se reduzca y un elemento que se oxide
Los elementos se eligen dependiendo de cuando bien éstos liberen o atraigan electrones
IMPACTO SOCIAL Y ECONÓMICO
La necesidad de una fuente eléctrica portátil en una situación en la que no se dispone de una línea eléctrica que suministre la electricidad trajo consigo la producción y desarrollo de nuevas tecnologías para la construcción de pilas, así como aparatos que funcionaran con ello
Las pilas por ser una fuente de energía portable han provocado la comodidad de las personas por su portabilidad y rendimiento. El uso es más común en lo jóvenes.
Cuando la industria electrónica logró niveles de miniaturización en sus diseños, con la consiguiente facilidad para la fabricación de aparatos portátiles, se produjo una gran explosión de producción seguida de un gran consumo.
Economizó el uso de energía eléctrica por cable
Aumentó el consumo de pilas
Aumentó ganancias hacia empresas productoras
Dio origen a nuevos accesorios portátiles
Consumo de reproductores de música, calculadoras, relojes, etc.
CONTAMINACIÓN POR EL USO DE PILAS
¿De qué manera contaminan las pilas eléctricas?
Las pilas son arrojadas con el resto de la basura domiciliaria, en basureros, y en otros casos a terrenos baldíos, causes de agua, etc.
Sufren la corrosión de sus carcasas afectadas internamente por sus componentes y externamente por la acción climática
El proceso de fermentación de la basura, que al elevar su temperatura hasta los 70º C, actúa como un reactor de la contaminación.
Se produce el derrame de los electrolitos internos de las pilas, arrastra los metales pesados
Fluyen por el suelo contaminando toda forma de vida (asimilación vegetal y animal).
Metales pesados que son componentes esenciales de las pilas de mercurio, las pilas níquel-cadmio y acumuladores de plomo-ácido
Estos metales pueden causar daño al medio ambiente si se desechan de forma incorrecta o en grandes cantidades
La industria de la pila está trabajando para desarrollar otras alternativas para reemplazar al mercurio, cadmio
Las pilas son una cómoda fuente de energía productora de electricidad a partir de reacciones químicas, una vez agotadas en la basura constituyen un residuo especialmente peligroso derivando así la contaminación de suelo, agua y aire
METALES PESADO Y EFECTOS CONTRA LA SALUD
Mercurio: Irritación de la piel, mucosa y es sensibilizante de la piel
Cadmio: Es sumamente tóxico, además de cancerígeno.
Plomo: Síntomas avanzados: anemia, cólicos intestinales, náusea y vómitos,
Zinc, Manganeso, Cobre, Bismuto, Plata y Níquel: son también sustancias tóxicas, que producen de las más diversas alteraciones a la salud humana.
PROPUESTAS EN MÉXICO
Durante los últimos siete años, un promedio de 35,500 toneladas anuales
Relleno de seguridad sin tratamiento previo: instalaciones para dar disposición final en la tierra a residuos peligrosos no procesables, no reciclables, no combustibles o residuales.
Las prácticas de reciclado en México han estado ausentes debido a los altos costos económicos
Dispositivo que genera energía eléctrica por un proceso químico. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos o electrodos. Uno de ellos es el polo positivo o ánodo y el otro es el polo negativo o cátodo.
¡ALGO DE HISTORIA!
Volta fue un físico italiano, nacido en Como, que se interesó e investigó uno de los fenómenos más famosos en su época: la electricidad.
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 zinc 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.
PARTES DE UNA PILA ELÉCTRICA
VASO
El vaso es el receptáculo que contendrá todos los demás componentes dentro de la pila. Está hecho de acero revestido de níquel en forma de un recipiente para contener los químicos. También sirve como colector positivo.
CÁTODO
El cátodo consiste en una mezcla de dióxido de manganeso, grafito, alguna solución electrolítica y, en algunos casos, una pequeña cantidad de materia adherente.
La masa de cátodo es transformada en pastillas que luego se ajustan fuertemente para que tengan un firme contacto con el vaso. Por ende, el vaso completo se transforma en el colector del cátodo que distribuye electrones.
Existen en la fabricación de pilas 3 métodos comunes para el cátodo.
1- Cátodo en Forma de Pastillas
Para facilitar la fabricación, la mezcla de cátodo es comprimida en pastillas antes de su ensamblaje dentro de la pila. Cuatro pastillas en forma de cilindros huecos son empujadas dentro del vaso para que ejerzan un contacto a presión con el vaso.
2- Método de Extrusión
Este método se usa básicamente con pilas pequeñas, y forma el cátodo directamente dentro del vaso vertiendo gránulos o cátodo en polvo dentro del vaso. Luego se introduce un punzón para comprimir la mezcla contra el vaso de metal y darle la forma de un cilindro hueco.
3- Cátodo Re-compactado en Forma de Pastillas
La mezcla de cátodo es comprimida en pastillas antes de su ensamblaje dentro de la pila.
SEPARADOR
El separador es de un material poroso de fibra (papel) que actúa como barrera entre el ánodo y el cátodo. Duracell usa un separador combinado compuesto de papel no tejido adherido a celofán. El celofán actúa mejor como barrera entre el ánodo y el cátodo.
El separador permite a los iones pasar entre el ánodo y el cátodo y evita un contacto eléctrico directo.
ÁNODO
El ánodo consiste de zinc en forma de polvo que luego es combinado con otros materiales para formar una pasta o suspensión.
Esta suspensión es inyectada en la pila dentro de la cavidad formada por el separador.
CLAVO
El clavo que a menudo es de bronce o de bronce al silicio estañado está soldado a la tapa negativa. Esto convierte la tapa negativa en el polo negativo.
El clavo sirve como conductor de la corriente eléctrica producida en el ánodo. El clavo también es denominado "colector de corriente del ánodo".
El casquete es un disco metálico unido al colector del ánodo (clavo) para darle una superficie externa plana.
SELLO
La pila misma está cerrada por un sello que mantiene adentro los componentes internos y sostiene al colector del ánodo. El sello es sostenido por una hendidura en el vaso denominada reborde o escalón. El plegado es el borde enrollado del vaso que mantiene el sello en su lugar. El sello está hecho de nylon o polipropileno e incluye un área delgada que funciona como respiradero de seguridad.
Existen algunos otros componentes con los que usted también debería estar familiarizado:
-Un sellador es usado en las interfaces sello/vaso y sello/clavo. El sellador es resistente al calor y a la humedad para evitar filtraciones bajo todo tipo de condición ambiental.
-Disco de Apoyo - Un anillo metálico de refuerzo que sostiene el sello plástico.
Chaquetilla Plástica Exterior - Tiene los colores negro y dorado. Lleva todo el texto. Cubre el perímetro. Aísla el vaso (+) del compartimento para pilas del aparato.
ELECTROLITO
El electrolito se halla en toda la pila dentro del cátodo, del ánodo y del papel separador.
Es una solución de hidróxido de potasio en agua que lleva la corriente iónica en el interior de la pila. El electrolito también proporciona el agua necesaria para que el zinc y el dióxido de manganeso tengan una reacción química.
LA REACCIÓN QUÍMICA
Las pilas pueden parecer sencillas, pero proporcionar energía empacada constituye un proceso electroquímico muy complicado.
La corriente eléctrica en forma de electrones comienza a fluir en el circuito externo cuando el artefacto, en este caso una bombilla, es encendido. En ese momento, el material del ánodo, el zinc (Zn), cede dos electrones (e-) por átomo en un proceso denominado oxidación, dejando atrás el zinc que contiene iones, lo cual eventualmente forma el óxido de zinc (ZnO).
Los electrones entran al cátodo donde reaccionan con el MnO2 y el H+ del agua para formar el MnOOH. La división del H+ de una molécula de agua genera la producción de iones de OH-. Se completa el circuito interno cuando los iones de hidróxido producidos en esta reacción en el cátodo fluyen hacia el ánodo en forma de corriente iónica. Allí son consumidos para formar complejos iones de zinc que finalmente se descomponen para formar óxido de zinc y agua.
SERIE ELECTROMOTRIZ
La serie de fuerza electromotriz es una lista de potenciales ordenada de modo que, si están planteadas las reacciones como reducción, los más positivos son los metales nobles o sustancias que no reaccionan fácilmente, mientras que los más negativos son los llamados activos y que sufren corrosión fácilmente (si son metales efectivamente).
De acuerdo a los elementos que se utilicen funciona la pila
Deben de actuar un elemento que se reduzca y un elemento que se oxide
Los elementos se eligen dependiendo de cuando bien éstos liberen o atraigan electrones
IMPACTO SOCIAL Y ECONÓMICO
La necesidad de una fuente eléctrica portátil en una situación en la que no se dispone de una línea eléctrica que suministre la electricidad trajo consigo la producción y desarrollo de nuevas tecnologías para la construcción de pilas, así como aparatos que funcionaran con ello
Las pilas por ser una fuente de energía portable han provocado la comodidad de las personas por su portabilidad y rendimiento. El uso es más común en lo jóvenes.
Cuando la industria electrónica logró niveles de miniaturización en sus diseños, con la consiguiente facilidad para la fabricación de aparatos portátiles, se produjo una gran explosión de producción seguida de un gran consumo.
Economizó el uso de energía eléctrica por cable
Aumentó el consumo de pilas
Aumentó ganancias hacia empresas productoras
Dio origen a nuevos accesorios portátiles
Consumo de reproductores de música, calculadoras, relojes, etc.
CONTAMINACIÓN POR EL USO DE PILAS
¿De qué manera contaminan las pilas eléctricas?
Las pilas son arrojadas con el resto de la basura domiciliaria, en basureros, y en otros casos a terrenos baldíos, causes de agua, etc.
Sufren la corrosión de sus carcasas afectadas internamente por sus componentes y externamente por la acción climática
El proceso de fermentación de la basura, que al elevar su temperatura hasta los 70º C, actúa como un reactor de la contaminación.
Se produce el derrame de los electrolitos internos de las pilas, arrastra los metales pesados
Fluyen por el suelo contaminando toda forma de vida (asimilación vegetal y animal).
Metales pesados que son componentes esenciales de las pilas de mercurio, las pilas níquel-cadmio y acumuladores de plomo-ácido
Estos metales pueden causar daño al medio ambiente si se desechan de forma incorrecta o en grandes cantidades
La industria de la pila está trabajando para desarrollar otras alternativas para reemplazar al mercurio, cadmio
Las pilas son una cómoda fuente de energía productora de electricidad a partir de reacciones químicas, una vez agotadas en la basura constituyen un residuo especialmente peligroso derivando así la contaminación de suelo, agua y aire
METALES PESADO Y EFECTOS CONTRA LA SALUD
Mercurio: Irritación de la piel, mucosa y es sensibilizante de la piel
Cadmio: Es sumamente tóxico, además de cancerígeno.
Plomo: Síntomas avanzados: anemia, cólicos intestinales, náusea y vómitos,
Zinc, Manganeso, Cobre, Bismuto, Plata y Níquel: son también sustancias tóxicas, que producen de las más diversas alteraciones a la salud humana.
PROPUESTAS EN MÉXICO
Durante los últimos siete años, un promedio de 35,500 toneladas anuales
Relleno de seguridad sin tratamiento previo: instalaciones para dar disposición final en la tierra a residuos peligrosos no procesables, no reciclables, no combustibles o residuales.
Las prácticas de reciclado en México han estado ausentes debido a los altos costos económicos
No hay comentarios:
Publicar un comentario