Pilas

Las pilas son un producto doméstico común que permite el funcionamiento de dispositivos importantes para ti. Pero, ¿sabes cómo funcionan?.

El término “Pila” fue utilizado por primera vez por Benjamin Franklin, pero fue Alessandro Volta (un físico italiano) quien en 1800 inventó la primera batería eléctrica, conocida como “pila voltáica”. Basándose en la investigación del científico Luigi Galvani, Volta pudo ensamblar un circuito eléctrico utilizando pilas de discos de cobre y zinc separados por un paño humedecido en solución salina. Lo interesante es que toda esta investigación comenzó debido a una reacción observada en la disección de ranas.

PILAS Galvánicas
Las pilas voltaicas (o galvanicas) son células electroquímicas en las que tiene lugar espontaneamente un proceso de oxidación-reducción que produce energía eléctrica.
Para que se produzca un flujo de electrones es necesario separar fisicamente las dos semirreacciones del proceso. Una de estas reacciones ocurre al introducir la lámina de Zn en una disolución que
contiene iones cúpricos (por ejemplo sulfato cúprico, de color azul) Se observa que la disolución se decolora y, simultaneamente, cobre metalico se deposita sobre la lámina. Por otra parte, analizando el contenido de la disolución se detecta la presencia de iones Zn2+.
Todo ello pone de manifiesto que ha tenido lugar espontaneamente la siguiente reacción redox:
Zn(s) + Cu2+(ac)---------->Zn2+(ac) + Cu(s)
Esta reacción, en la que esta basada la pila de Daniell, se produce por una mayor tendencia de los iones Zn

a estar en disolución que los iones Cu2+. Cada ion Zn2+ que se disuelve deja libres dos electrones en la lámina que son captados por un ión Cu2+de la disolución, reduciendose a Cu metálico. Los iones sulfato quedan como "espectadores" del proceso. Para que se produzca una corriente continua es necesario que los electrones pasen por un circuito eléctrico externo, lo que ocurre cuando se separan las dos semirreacciones en diferentes compartimientos:
Zn(s)--------->Zn2+(ac) + 2 e-
Cu2+(ac) + 2 e- -------->Cu(s)
De esta forma, los electrones liberados en la reacción de oxidacion del Zn pasan por un conductor para reducir al ion Cu2+.La separación de ambos procesos puede realizarse utilizando un tabique poroso, o
utilizando dos recipientes unidos por un puente salino
Un puente salino es un tubo en forma de U que contiene una disolucion concentrada de electrólito inerte respecto al proceso redox (por ejemplo, KCl). El puente salino cumple 3 funciones: permite el contacto electrico entre las disoluciones, impide que se mezclen y
mantiene la neutralidad electrica en cada semipila.
A medida que transcurre el proceso, la lamina de zinc se va disolviendo y perdiendo peso, mientras que lo gana la de cobre al depositarse cobre metálico sobre ella. En las disoluciones, la concentración de iones Zn

, va aumentando, mientras que la concentracion de iones Cu

va disminuyendo. Al cabo de cierto tiempo la pila se agota.
Se debe tener cuidado respecto a los signos de los electrodos de la celda voltaica. Los electrones se liberan en el anodo y fluyen fuera de el. Como los electrones tienen carga negativa, se otorga al anodo un signo negativo. Por el contrario, los electrones fluyen desde el catodo a la solucion. De esta manera se da un signo positivo al catodo, porque atrae a los electrones negativos.

La pila descrita se representa mediante la notacion:
Zn| Zn2+ 1mol/litro || Cu2+ |Cu 1mol/litro
A la izquierda se coloca el electrodo negativo (ánodo), donde se produce la oxidación. A la derecha, la semipila que contiene el electrodo positivo (cátodo), donde tiene lugar la reducción. Los electrodos pasan del ánodo al catodo, a traves del conductor.
La barra vertical | representa el contacto del electrodo con su disolución y la doble barra || representa la comunicación líquida entre las disoluciones de las dos semipilas. Si no existe separación física de las disoluciones, las semirreacciones se separan con una coma,
por ejemplo:
Ni |Ni2+ , Cl |Cl2(Pt)
Aqui la pila esta constituida por un electrodo de niquel sólido y un electrodo de cloro gaseoso, que consta de un tubo de vidrio con un soporte sólido, generalmente de platino, donde tiene lugar la transferencia de electrones.

En este caso podemos conectar los electrodos a un circuito donde la energia generada se pueda aprovechar, asi incluyendole un interruptor podemos cerrar o abrir el paso de energía.

LA PILA ALCALINA

La tecnología de la pila alcalina se desarrolló en la década de 1950. Al usar un electrolito alcalino y otros ingredientes activos, la celda alcalina obtuvo importantes beneficios de rendimiento en comparación con las pilas de zinc-carbón. La pila alcalina tiene más densidad de energía, mayor vida útil de almacenamiento, y muchos otros beneficios en comparación con las pilas comunes de zinc-carbón. La mayoría de las pilas Duracell de tamaño regular, en las cuales hemos trabajado durante más de 30 años para mejorarlas, son alcalinas.
Este tipo de pila ofrece duración y potencia, pero a costa de utilizar mercurio.
Aunque el contenido tóxico por unidad es menor que en las pilas botón, es suficiente para contaminar 175.000 litros de agua, más de la que bebe una persona durante toda su vida. Además, el volumen de ventas de las pilas alcalinas supera con mucho el de las pilas botón y sigue creciendo.
Aunque no existe técnica de reciclado de estas pilas, está claro que no pueden echarse a la basura y que deben ir a vertederos especiales donde pueda realizarse su eliminación controlada. De todos modos, la solución, a la larga, es la sustitución del mercurio por productos no peligrosos, como ya se hace en otros países europeos. Mientras tanto, nosotros debemos utilizar otras menos problemáticas, como las salinas o las pilas verdes.

CONSTRUCCIÓN DE LAS PILAS

Las pilas comunes de uso doméstico (como las alcalinas Duracell) están formadas por cuatro componentes principales:
1. Ánodo: Electrodo negativo de “combustible” que contiene los electrones almacenados que alimentan tus dispositivos.
2. Cátodo: Electrodo positivo que acepta los electrones del circuito externo, permitiéndoles circular.
3. Electrolito: Un conductor que transfiere la carga entre el ánodo y el cátodo dentro de la celda.
4. Separador: Un material que proporciona una barrera entre el ánodo y el cátodo para evitar que se toquen entre sí, permitiendo al mismo tiempo la libre circulación de la carga.
Pilas verdes

Pilas verdes
Desde Estados Unidos llega la primera batería ecológica que se alimenta de alcohol. De la mano de los científicos de Motorola y del Laboratorio Nacional de Los Álamos, se ha desarrollado esta minibatería ecológica que estará destinada a teléfonos móviles, ordenadores y vídeoconsolas, entre otros aparatos.
La verdadera revolución de esta batería estriba en que no necesita conectarse a enchufes ni cargadores, ya que usa alcohol y oxígeno de la atmósfera para generar electricidad. De esta manera, cuando la batería se agota, sólo basta con añadir alcohol para disponer otra vez de energía. Según sus creadores, esta pila de alcohol dispone de una capacidad energética 10 veces superior a una normal, y una autonomía de más de un mes. En cuanto al tamaño, presenta una medidas de 2,4 cm de largo y 2 mm de grosor.
Motorola introduce una pila ecológica que funciona con metanol.

Sin embargo, las baterías recargables pueden ir aún un paso más allá y así es como el diseñador Qian Jian ha dado con un concepto de pilas innovador: unas pilas que se recargan mediante una manivela que debe ser girada durante un lapso de tiempo estimado en 20 minutos para así generar la energía necesaria que requieren las pilas para estar cargadas.
Esta opción supone evitar el uso de electricidad para la recarga y si bien es algo complicado y laborioso es realmente verde. Pero si queréis resultados rápidos, el diseñador también diseñó las pilas recargables con el sistema tradicional de recarga.

Fuji tambien lanza una pila ecologica Fuji EnviroMAX, las cuales no tienen mercurio, ni cadmio, ni son empacadas en materiales no reciclables,aun no comentan cual es el cntenido pero es totalmente ecologica y duradera