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UNIDAD 2. TEMA: PILAS

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UNIDAD 2. TEMA: PILAS. Pilas eléctricas. Son elementos que convierten la energía que se produce en una reacción química en energía eléctrica. - PowerPoint PPT Presentation

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UNIDAD 2. TEMA: PILAS

UNIDAD 2. TEMA: PILASCONCEPTOSDEFINICIONPILASBATERASNODOCTODOELECTRODOELECTROLISISCORROSIN

Pilas elctricas.

Son elementos que convierten la energa que se produce en una reaccin qumica en energa elctrica.Sus aplicaciones son alimentar los pequeos aparatos porttiles, el tipo de corriente que produce una pila es de corriente continua. El principal inconveniente que nos encontramos con las pilas es que una vez agotado su combustible qumico, se vuelven inservibles y hay que desecharlas.

Las pilas pueden ser de forma cilndrica, prismtica o de forma de botones, dependiendo de la finalidad a la que se destine.

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Existen muchos tipos de pilas que se pueden clasificar inicialmente en dos grandes grupos:Primarias, o pilas que una vez agotadas no es posible recuperar el estado de carga.

Secundarias, o bateras, en las que la transformacin de la energa qumica en elctrica es reversible, por lo que se pueden recargar; por tanto, la cantidad de residuos generados es mucho menor.

Para construir un elemento bsico de una pila, basta con introducir dos electrodos de diferentes metales en un electrlito. Al hacer esto, aparece entre los electrodos una tensin elctrica que depende de la naturaleza de los metales utilizados como electrodos y de la composicin y concentracin del electrlito.

El funcionamiento de una pila bsica es el siguiente (como se muestra en la figura).

El electrlito ataca al metal de los electrodos y los disuelve, pasando a la disolucin como iones metlicos. Los iones metlicos adquieren siempre carga positiva, por lo que los electrodos, de donde son arrancados los tomos que pasan a la disolucin, siempre se quedan con un exceso de electrones, es decir, con carga negativa. Dado que los dos electrones son de diferentes naturaleza, siempre existe uno de ellos que se disuelven ms rpidamente que el otro, dando lugar a una carga ms negativa en el electrodo que se disuelve en menos tiempo que en el que lo hace ms lentamente. El resultado es que aparece una diferencia de potencial entre ambos electrodos que puede ser utilizada para alimentar un receptor elctrico.

Caractersticas de la pilasLas caractersticas fundamentales de las pilas son las siguientes:

Fuerza electromotriz. La fuerza electromotriz de la pila es la que se mide con un voltmetro de alta resistencia conectado entre los electrodos de la pila, lo que impide que la corriente en la medida sea lo ms pequea posible y as se evitan errores en la medida por cada de tensin en la resistencia interna de la pila. La f.e.m. de una pila depende fundamentalmente de los electrodos y los electrlitos.

Capacidad. Cantidad total de electricidad que puede suministrar la pila hasta agotarse. La capacidad de una pila depende de los elementos que la constituyen, as como de sus dimensiones, y se mide en amperios-hora.

Resistencia interna. Este valor depende de las dimensiones de la pila y de la concentracin y temperatura del electrlito, disminuyendo la resistencia interna al aumentar el tamao de la pila. Este valor suele ser del orden de algunas dcimas de ohmio.Tipos de pilas elctricas.Se pueden construir pilas combinando diferentes metales en sus electrodos y utilizando electrlitos variados. As, se construyen las pilas Daniell, Volta, Leclanch, pilas secas tipo Leclanch, pilas secas de magnesio, pilas alcalinas, pilas de litio, pilas de xido de mercurio, pilas patrn de Weston, pilas de oxgeno, pilas alcalinas de pirolusita, pilas de forma de botn, pilas de combustible y otras muchas. Las pilas pueden constituirse a partir de un electrlito lquido, aunque en la actualidad se tiende a utilizar electrlitos inmovilizados mediante materias absorbentes (pilas secas) queconfieren a las pilas mejores prestaciones.

Partes de diferentes pilas.

Pila Daniel Consta de dos semiceldas: una, con un electrodo de Cu en una disolucin de CuSO4 . ;y otra, con un electrodo de Zn en una disolucin de ZnSO4. Estn unidas por un puente salino que evita que se acumulen cargas del mismo signo en cada semicelda. Entre los dos electrodos se genera una diferencia de potencial que se puede medir con un voltmetro.

Pila salina Pila alcalinaPila de mercurioLas pilas de uso comn son:

Pilas tipo Leclanch o de cinc/carbn (Zn/C). Son las pilas comunes, tambin denominadaspilas secas. Son las de menor precio y se usan principalmente en aparatos sencillos y de poca potencia.

Pilas alcalinas o de cinc/dixido de manganeso (Zn/MnO2). Usan hidrxido de potasio como electrlito. Son de larga duracin. La mayora de ellas vienen blindadas con el fin de evitar el derramamiento de electrlitos.Pilas de litio. Producen tres veces ms energa que las pilas alcalinas, considerando tamaos equivalentes, y poseen tambin mayor voltaje inicial que estas (tres voltios en vez de los 1.5 V de la mayora de las alcalinas), pero su costo tambin es mayor con respecto a las pilas alcalinas. Son de uso comn en cmaras fotogrficas.Pilas de Mercurio. La pila de mercurio proporciona un voltaje ms constante (1,35 V) que la celda de Leclanch. El uso de la pila de mercurio est muy extendido en medicina y en industrias electrnicas (aparatos para la sordera audfonos-, en las calculadoras de bolsillo, en relojes de pulsera, en cmaras fotogrficas electrnicas). De entre las pilas botn, la de mercurio es la ms peligrosa para el medio ambiente por su altsimo contenido en mercurio, y por otra parte es la que ms se consume

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Serie electromotriz.

En 1780 el italiano Luis Galvani, realiz un experimento en los msculos de las ancas de una rana recin muerta, observando que stos se contraan y pataleaban al tocarlos con las barras de metal de distintos tipos. Alejandro Volta poco tiempo despus descubri que la causa de la contraccin muscular en las ancas de la rana se perciba con el paso de una corriente elctrica producida por dos metales distintos; adems investig la forma de producir electricidad qumicamente y en 1800, despus de una amplia experimentacin, invent el dispositivo que se conoce actualmente como pila voltaica. En el coloc una serie de pequeas placas de plata y zinc, una arriba de la otra, separndolas con una tela humedecida de agua salada; produciendo de esta manera una corriente elctrica, originando la primera pila elctrica. Luego la perfeccion reemplazando las placas por los elementos cobre y zinc, sumergidos en una solucin de cido sulfrico contenida en un recipiente.

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energa proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente elctricaCuando metales distintos estn separados por un electrolito o una capa delgada de un gas, capaces de actuar sobre ellos, se establece entre dichos metales una diferencia de potencial. Los diversos metales pueden ordenarse en una serie, en la cual cada uno de ellos sea ms electropositivo que los que le siguen.

La serie electromotriz puede explicar cuantitativamente, la tendencia y el porqu de una adherencia de cobre metlico sobre un clavo de acero cuando se sumerge el clavo en una solucin de sulfato de cobre. En este caso la fase noble la constituye el cobre que se encuentra en disolucin y la activa o base el clavo de acero. La serie nos indica que existe una diferencia de potencial, bajo condiciones estndar, entre el cobre y el hierro de 0.78 volts, siendo el hierro el metal con mayor tendencia a ionizarse. De esta manera el cobre que est en solucin como iones cobre, tomar los electrones liberados al formarse los iones hierro y pasar a depositarse como metal sobre el clavo. Es decir, una vez ms, fue la presencia de un par galvnico. EMPLEO DE LA SERIE ELECTROMOTRIZ Esta serie puede utilizarse en muchas formas.1. Determinacin de la espontaneidad de las reacciones redox.2. Completar y balancear las ecuaciones de reaccin de sustitucin sencillay clasificar el tipo de reaccin.3. Clculo de potenciales que se pueden obtener por la combinacin adecuada de dos semireacciones. Alexplicar la fuerza electromotriz(FEM), se debe saber que:Para poder suministrar corriente elctrica, es necesariala existencia de una diferencia potencial entre dos puntos o polos que sea capaz de bombear oimpulsar las cargas elctricas a travs de un circuito cerrado.

Prcticamente, la FEM es el voltaje medio entre las terminales de la fuente cuando No se toma corriente de ella Ni se le entrega corriente. Es decir, la FEM es una accin no electrosttica sobre las cargas en los conductores que da lugar a una separacin de las cargas y que las hace permanecer separadas, siendo una magnitud que cuantifica una transferencia de energa (de la pila a las cargas del circuito) asociada a un campo no conservativo y se mide en voltios.

El Potencial Estndard de Reduccines la espontaneidad, o la tendencia a que sucedan reacciones redox entre dos especies qumicas. Una reaccin redox se puede suponer que es la suma de dos semirreacciones. La celda voltaica al funcionar genera cierto voltaje. Su valor se determina al restar el potencial del nodo del potencial del ctodo. As, el potencial de la pila (E) estar dado por la diferencia de los dos potenciales de electrodo:E pila = E reduccin - E oxidacin o lo que es lo mismo.FEM = E Celda = E ctodo - E nodo

Es necesario aclarar que el potencial de electrodo es la carga electrosttica que tiene un electrodo, y el potencial de reduccin es la carga electrosttica que tiene un electrodo asociado a una reaccin de reduccin. Se que produce por la reaccin de la celda que no est en equilibrio.La informacin contenida en esta serie electromotriz, representa simplemente la tendencia termodinmica (el potencial) de los varios sistemas ah en lista destinados a corroerse. Cuanto ms negativo sea el valor de potencialEHmayor ser la tendencia a la corrosin.