Análisis sobre el Experimento

El experimento consiste en crear una batería a base de limones que pueda encender una pequeña calculadora (también puede utilizarse un LED). Demuestra el funcionamiento básico de una celda electroquímica (es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas). 
Este experimento lo realizamos en el laboratorio en dos oportunidades; la primera vez no funcionó, porque el alambre de cobre que utilizamos era muy fino y no permitía que se liberaran los electrones suficientes para generar una corriente eléctrica, otro problema fue, que en vez de usar un tornillo galvanizado, utilizamos un clip lo que produjo una liberación de electrones pero poca y no generaba la corriente necesaria para encender la calculadora.

En la segunda oportunidad, el experimento logró funcionar correctamente debido que utilizamos un tornillo galvanizado y un alambre de cobre más grueso.

Para este experimento necesitaremos los siguientes materiales: 

-Limones (en este caso usaremos dos).
-Cables de electricidad.
-Tornillos o clavos galvanizados (cubiertos de zinc).
-Alambre de cobre.
-Calculadora.
-Cúter o tijeras.

¿Cómo funciona? 

Una pila de limón genera electricidad a través de una reacción química que se produce al introducir metales en el zumo del limón, el cual por su acidez, ayuda a romper la estructura atómica de los metales, como cobre y zinc, liberándose electrones que generan la corriente eléctrica.

En este experimento se utilizan dos metales distintos. Por un lado un clavo galvanizado, que está recubierto de zinc y actúa de ánodo y en el otro lado se utiliza un objeto de cobre, como una moneda de cobre, que actúa de cátodo.

Cuando ambos metales se unen por un cable conductor, creando un circuito; los electrones fluyen a través del conductor y puede ser detectado con un voltímetro u otro dispositivo que permita detectar corriente eléctrica.

Se puede utilizar otra combinación de metales, como magnesio y cobre, que dará una pila más eficiente con una mayor producción de electricidad pero se suele utilizar zinc/cobre por ser más seguro y fácil de manejar. Similares resultados se obtendrían también sustituyendo el limón por otro medio que contenga ácido u otro electrolito que se pueda utilizar, por ejemplo papa o manzana, pero es mejor el limón por su mayor acidez. Un electrolito es un líquido conductor; es aquí donde el jugo del limón ejerce su función. Una reacción química tiene lugar entre los metales dentro del cítrico. Esto crea un voltaje que impulsa a los electrones a través del circuito. 

Gracias al ácido del jugo de limón, se liberan electrones en el ánodo (zinc) que tenderán a moverse hacia el cátodo (electrodo positivo). La rapidez con la que fluyen estos electrones es medida como amperaje mientras que la tensión eléctrica es medida como voltaje.

¿Cómo realizar la batería?

1. Con los cables de electricidad, se deben dos pares de circuitos cada uno a su extremo con un tornillo galvanizado y un alambre de cobre.

2. Con el cúter realizamos dos cortes en cada polo de cada limón.

3. Luego introducimos uno de los tornillos galvanizados en un polo del limón y el extremo con el alambre de cobre en otro polo de otro limón (se hace lo mismo con el otro cable).

4. Ahora procedemos a conectar los cables que quedan de cada extremo en cada conector de la calculadora y veremos como enciende.  

A continuación podremos apreciar mediante un video el funcionamiento del experimento.

En conclusión podemos decir que, los ácidos se rompen en cationes con carga positiva y aniones con carga negativa cuando están colocados en un circuito, este circuito trasmite la electricidad, como se produce un intercambio de electrones (esto es que los cationes migran hacia un terminal negativo y los aniones toman electrones del metal positivo), este intercambio de electrones produce una carga eléctrica.

La Energía

Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales de trasladan y que las máquinas y herramientas realizan más variadas actividades. Todas estas tareas tienen en común que precisan del concurso de la energía.

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo. La energía está presente también en los cambios químicos, como en quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.

La energía es una magnitud cuya unidad de medida en el S.I. es el julio (J).

Tipos de Energía

Energía química: Es la energía almacenada dentro de los productos químicos. Los combustibles como la madera, el carbón, y el petróleo, son claros ejemplos de almacenamiento de energía en forma química. También es la energía producida en las reacciones químicas.

                                   

Energía térmica: Es el efecto de las partículas en movimiento. Es la energía que se desprende en forma de calor. Puede extraerse de la naturaleza mediante reacciones nucleares, mediante energía eléctrica por efecto Joule, mediante una reacción exotérmica, mediante medios de aprovechamiento de la energía geotérmica, o mediante medios de aprovechamiento de energía solar.

Energía mecánica: Dentro de la energía mecánica hay dos tipos de energía mecánica: la energía cinética y la energía potencial. La suma de ambas siempre se mantiene constante y es igual a la energía mecánica (salvo en sistemas en los que actúen fuerzas no conservativas).

Energía luminosa o lumínica: Se manifiesta y es transportada por ondas luminosas. Sin ella no habría vida en la Tierra. No debe confundirse con la energía radiante. Es una forma de energía electromagnética. Se puede transformar en energía eléctrica, mediante el efecto fotoeléctrico, y esto es la energía solar fotovoltaica.

Energía sonora: De entre las distintas formas de energías, es la energía transportada por ondas sonoras. La energía sonora es otro efecto de las moléculas en movimiento, procede de la energía vibracional del foco sonoro.

Energía eléctrica: es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético.

Es importante tener en cuenta que la energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma. Por lo que todos los procesos que manejan energía, involucran un cambio en la forma en la que la energía se manifiesta. Es decir, que se va pasando de un tipo a otro de forma de energía entre las descritas anteriormente.

Historia de la Energía

El hombre, a lo largo de su historia evolutiva ha realizado mediante su propio esfuerzo físico actividades que consumían energía, apoyándose adicionalmente en los animales domésticos como los caballos, bueyes, etc. 

Hasta la llegada de la Revolución Industrial, la utilización de sistemas mecánicos para proporcionar energía se limitaban a los molinos de viento o de agua. Cualquier aplicación de estas tecnologías para la realización de trabajos resultaba de poco rendimiento.

De las fuentes de energía, la primera y más importante de las utilizadas por el hombre fue la leña, gracias a la abundancia de bosques que proliferaban por todas partes del mundo. Otras fuentes puntuales solamente se utilizaban allí donde eran accesibles, tales como filtraciones superficiales de petróleo, carbón o asfaltos.

En la edad media comenzó a utilizarse la leña para fabricar carbón vegetal con cuyas menas se obtenían metales, y que posteriormente vendría a ser sustituido por el carbón mineral en los principios de la revolución industrial.

Durante el primer tercio del siglo XIX, aproximadamente hacia 1825-30, se pudo avanzar en la aplicación práctica de la máquina de vapor, que daría comienzo a la era contemporánea. Junto con la llegada y desarrollo de los motores de combustión interna y la utilización del gas para calefacción y alumbrado, se produjeron grandes avances en la generación práctica de energía eléctrica.

La nueva sociedad que nació de la revolución industrial trajo consigo nuevas demandas de energía.

Experimento

En este trabajo, se estudiara el paso de energía de química a eléctrica, mediante las pilas, que es el formato industrializado y comercial de la celda galvánica o voltaica.

La pila, es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o ánodo y el otro es el polo negativo o cátodo.

                                     

(Transformar energía química en eléctrica)

EXPLICACIONES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS PRODUCIDAS EN UNA BATERÍA

REACCIÓN QUÍMICA EXPERIMENTO PILA DE DANIELLS

Un ejemplo del funcionamiento de una pila esta descrito por la denominada pila de Daniell que se construye con una lámina de cobre y otra de zinc introducidas en una disolución acuosa de sulfato de cobre. Ambas láminas, llamadas electrodos, se unen mediante un conductor electrónico (por ejemplo un hilo de cobre). En esta situación, los átomos de zinc se oxidan, pierden electrones y pasan a la disolución como iones positivos. Simultáneamente, los iones positivos de cobre que están en la disolución se reducen, ganan electrones y se depositan como átomos de cobre metálico sobre el electrodo de cobre. Las reacciones descritas anteriormente se las representa gráficamente a continuación:

                              

          

Relación con la Biología

La biología es la ciencia que estudia a los seres vivos y, más específicamente, su origen, su evolución y sus propiedades: nutrición, morfogénesis, reproducción (asexual y sexual), patogenia, etc. Se ocupa tanto de la descripción de las características y los comportamientos de los organismos individuales, como de las especies en su conjunto, así como de la reproducción de los seres vivos y de las interacciones entre ellos y el entorno. De este modo, trata de estudiar la estructura y la dinámica funcional comunes a todos los seres vivos, con el fin de establecer las leyes generales que rigen la vida orgánica y los principios explicativos fundamentales de ésta.

La relación de las pilas con la biología es que estas son parte del 90% de la aparatología que usa el hombre moderno, pero el problema principal comienza en el momento de arrojarlas a la basura, ya que, por ejemplo, una micrópilo de mercurio puede contaminar 600.000 litros de agua al liberar sus componentes de mercurio o cadmio, el cual al entrar en contacto con la tierra y posteriormente cuando llegan a la napa de agua, contaminan la cadena alimentaria.

Cuando uno arroja pilas con mercurio a la basura, estas van a parar junto con el resto de los residuos a la tierra. Y a pesar de estar descargadas, seguirán descargando ese mineral a su alrededor.

Si multiplicamos las pilas que usa cada habitante por la cantidad de habitantes, nos daremos cuenta con horror, cómo estamos contaminando nuestra tierra con mercurio. O sea, que la posibilidad de ingesta de este mineral no es un mal lejano. Puede provocar daños cerebrales, en los riñones y en la función motora.

La mayoría (no todas) de las pilas y baterías "recargables" de ahora, carecen de mercurio. Sin embargo contienen níquel y cadmio, dos metales pesados altamente tóxicos.

La exposición al níquel puede destruir los tejidos de las membranas nasales. Mientras los estudios sobre el cadmio, lo califican como cancerígeno y causante de trastornos en el aparato digestivo. Además de resultar altamente peligroso para las embarazadas.

Y entonces...¿qué pilas convienen más?.

Ninguna. Lo más conveniente es buscar otras fuentes de energía. Si tu radio también funciona con transformador, deja de lado las pilas. Si no hay más remedio que usarlas, te damos algunos consejos:

1-Usa pilas y baterías recargables. Estas pueden reemplazar a las alcalinas o a las de carbón - zinc en cualquier producto de alto consumo. Sus precios, claro, son más altos; pero a la larga, por ser recargables, saldrán más baratas. Sus fabricantes garantizan 1000 recargas e incluso una duración para toda la vida. Al no tener que tirarlas después de un único uso, el daño ecológico es menor.

2- Hay que comprar un aparato recargador de pilas (sirve para todas las marcas) y una vez que la pila está totalmente descargada, se les conecta por 5 horas y quedan como recién compradas.

3- Jamás conectes una pila no-recargable al recargador, pueden explotar.

Pilas y baterías recargables no son una solución, pero sí una buena alternativa. Lo más importante es buscar nuevas formas de consumo para tener energía.

Relación con la Química

La química es la ciencia que estudia las diferentes formas y estructuras de la materia, sus propiedades, los procesos de transformación de la misma, las leyes que rigen esos cambios y los usos a que se pueden destinar los distintos materiales. Es muy frecuente que a la química se le considere la ciencia central, ya que para los estudiantes de biología, física, geología, ecología y otras disciplinas, es esencial tener un conocimiento básico de la química.

Las pilas se encuentran relacionadas con la química ya que, como anteriormente se explicó, convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Esto es una reacción química. También se podría encontrar asociado debido a que las pilas están conformadas por componentes químicos tales como:  Zinc y Carbono (la pilas alcalinas están conformadas por dióxido de manganeso y zinc)