Cómo producimos energía eléctrica con reacciones químicas?

En este proceso se transforma energía química en energía eléctrica, la energía eléctrica se obtiene a través de las reacciones químicas llamadas redox, esto es la combinación de dos reacciones químicas, estas se dan al mismo tiempo.  La reacción de la reducción es donde una sustancia  gana electrones y la oxidación es donde una sustancia pierde electrones.

Una pila es un dispositivo capaz de producir energía eléctrica mediante una reacción química. Realiza el proceso inverso a la electrólisis. La pila requiere que se produzcan dos reacciones, una de oxidación, en la que se liberen electrones, y otra de reducción, donde se aporten electrones, en electrodos distintos, de modo que entre ambos se establezca un flujo de electrones.

¿Como producimos reacciones químicas con energía eléctrica?

Las producimos cuando se aplica una diferencia de potencial es decir energía eléctrica en una reacción química, y se disocia sus especies, a este proceso lo llamamos electrolisis, el cual fue llevado acabo por primera vez por Michael Faraday conocido como el padre de la electroquímica y el promulgador de las leyes de electrolisis. En este caso para producir energía eléctrica se toma en cuenta la segunda ley la cual dice: “Aplicando la misma cantidad de electricidad a varias sustancias para su electrolisis la masa que se obtiene va a ser proporcional a los equivalentes químicos de cada sustancia”.

Las celdas donde se lleva acabo este proceso son llamadas celdas electrolíticas, y en la industrias son usadas para la producción de varios metales como el cobre el aluminio, el titanio etc. Tambien podríamos agregar que este proceso es muy utilizado para bañar piezas metalicas por otros metales mas resistentes de manera que estos queden reforzados o adquieran propiedades conductoras, estos pueden ser baños de plata o baños de oro.

Electrolisis del agua

Es la descomposición de agua en los gases oxigeno e hidrogeno, mediante una corriente eléctrica a través del agua. Este proceso electrolítico se usa escasamente en aplicaciones industriales ya que el hidrógeno puede producirse a menor costo mediante combustibles fósiles.

La electrolisis del agua pura requiere una gran cantidad de energía extra en forma de sobre potencial, que pueda romper varias barreras de activación. Sin esa energía extra la electrolisis de agua ocurre lentamente si es que logra suceder, esto se debe a la limitada auto ionización del agua.

Aplicaciones de la electrolisis

En las industrias: la descomposición electrolítica es la base de un gran número de procesos de extracción y fabricación, esto es muy importante para las industrias de hoy en día.

En la producción y refinado de metales: La sosa caustica es un producto químico muy importante para la fabricación de papel, rayón y película fotográfica, se produce por la electrolisis de una disolución de sal común en agua. La reacción produce cloro y sodio, el sodio a su vez reacciona con el agua de la pila electrolítica produciendo sosa caustica.

Horno eléctrico: aplicación industrial importante de la electrolisis, que se utiliza para producir aluminio magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales metálicas hasta que se funde y se ioniza.

Celdas Electroquímicas:

Es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas. Como por ejemplo la pila estándar de 1,5 voltios. Hay dos tipos de celdas que son fundamentales, las cuales ambas producen reacción  redox.

Aplicaciones de las celda galvánicas

Las celdas galvánicas producen energía eléctrica a partir de ciertas reacciones químicas. Esta celda está formada por dos electrodos y, al igual que en la celda electrolítica, la reducción ocurre en el cátodo y la oxidación en el ánodo.

Pilas

Pila seca: esta formada por celdas electrolíticas galvánicas con electrolitos pastosos. Una pila seca común es la pila de zinc-carbono, tienen un voltaje de 1,5 al igual que las pilas alcalinas. Suelen conectarse varias celdas en serio dentro de una misma carcasa para formar una pila de mayor voltaje que el suministrado por una sola.

Pilas alcalinas: son un tipo de pilas eléctricas desechables que obtienen su energía mediante una reacción química entre el zinc y el dióxido de manganeso empleando como electrolito hidróxido de potasio.

Pila de mercurio: estas tienen la capacidad de dar un voltaje más constante, potencia más alta y una mayor duración, esta pila tiene un cilindro de acero inoxidable en el cual contiene un ánodo que es una amalgama de zinc y mercurio, con un electrolito alcalino que consta de zinc y oxido de mercurio(II). Pila de litio; es un dispositivo que está diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que tiene como electrolito, una sal de litio que da los iones necesarios para realizar la reacción electro química que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo. Pila de plata; Esta pila tiene un cátodo de oxido de plata y un ánodo de polvo de zinc. Debido a que pueden soportar altas cargas y tiene una casi constante producción de 1,5 voltios, este tipo de pila también es usado frecuentemente en relojes.

Pila recargable: es un grupo de una o más celdas electroquímicas secundarias. Actualmente se utilizan baterías recargables para motores de arranque de carros, aparatos portátiles de consumo, vehículos ligeros, herramientas y hasta en sistema de alimentación ininterrumpida.

Pila de combustible: es dispositivo electroquímico de conversión de energía parecida a una batería, pero se diferencia en que la pila de combustible está diseñada para permitir el reabastecimiento de los reactivos consumidos, produce electricidad de una fuente externa de combustible y oxigeno. 

La corrosion y su Prevención

La corrosión se conoce como el deterioro de un material a causa de una reacción electroquímica presentada por su entorno, los factores que se involucran en esta son: La pieza expuesta a la corrosión, el ambiente y el agua que son los causantes de este deterioro. También se conoce como la alteración química de los metales causada por el aire como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de patina verde en el cobre. Esto no solo afecta a los metales, sino también a todos los materiales indiferentemente del ambiente donde se encuentre.

La corrosión se puede entender como la búsqueda que tiene un material hacia su forma mas estable o de menor energía interna. Cuando está originada por una reacción de oxidación, la velocidad de la misma dependerá de la temperatura del ambiente donde se encuentre el material y de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades que presente el metal.Es un problema en las industrias importante, ya que pueden causar accidentes y representar un alto costo para la industria.

Tipos de corrosión:

Corrosión Química: en este tipo de corrosión, el material se disuelve en un medio corrosivo líquido y se seguirá disolviendo hasta que consuma por completo el material o se sature el liquido.

Corrosión Electroquimica: se produce cuando en una superficie metálica ocurre una diferencia potencial en zonas que se encuentran próximas entre si, donde se realiza un movimiento electrónico desde la zona que tiene un potencial de oxidación más alto, hacia la que posee un potencial de oxidación más bajo

Se puede prevenir por medio de la elaboración de estructuras de metal, ya que estas son capaces de disminuir o incluso eliminar la corrosión, por otro lado  el recubrimiento de las zonas anódicas y catódicas impide que el oxígeno y el vapor de agua den inicio al proceso corrosivo.Es indispensable para las industrias utilizar materiales que no se corroan,  se deben elegir  bien los materiales según el ambiente de trabajo.Si se trabaja en un circuito cerrado, se pueden controlar aquellos factores capaces de producir la corrosión como la acidez, la temperatura y la presión. Para prevenir accidentes se pueden agregar a los materiales inhibidores de corrosión, los cuales  son sustancias capaces de disminuir la corrosión.

Energía eléctrica siempre en el plano principal

El ser humano depende principalmente de la energía eléctrica en la actualidad, y hace uso de ellas casi para todas sus actividades; desde calentar o cocinar sus alimentos (cocinas eléctricas o microondas) hasta realizar trabajos (por medio de computadoras o maquinas las cuales necesitan energía para funcionar).

También se puede ver el uso de la energía eléctrica en la parte industrial para fabricar o producir productos, en fin, en casi todas las áreas el ser humano esta obligado a usar energía de este modo entra en escena la electroquímica, que busca la forma o la manera de producir por medio de reacciones estable la energía eléctrica que necesitamos para todas estas actividades. Sin embargo la electroquímica tiene sus consecuencias como podría ser la aparición de corrosión en diferentes tipos de metales o materiales usados en la realización del proceso electroquímico.

Celdas Galvanicas Caceras

Una pila galvánica o una celda galvánica también se le conocen como pila voltaica o electroquímica. En el uso común, la palabra "batería" incluye a una pila galvánica única, pero una batería propiamente dicha consta de varias celdas.Al momento de ver una celda galvánica elaborada con materiales profesionales y una celda galvánica casera; una celda galvánica normal consta de dos semipilas . En su forma más simple, cada semipila consta de un metal y una solución de una sal del metal. La solución de la sal contiene un catión del metal y un anión para equilibrar la carga del catión. En esencia, la semipila contiene el metal en dos estados de oxidación, y la reacción  química que resulta de esta es redox.

Una celda galvánica casera se puede construir con:

• un simple vaso de vidrio.
• lo llenas con una solución 1M de ácido sulfúrico.
• le introduces un sistema formado por un foco pequeño ( de lámpara de 3 voltios ) que tenga unidas en sus terminales un alambre de cobre en espiral.
• un trozo de cinta de magnesio, el foco encenderá mientras se consume la cinta. Sólo se introducen el cobre y el magnesio.
• la sol. (1M de ácido sulfúrico contiene 98 g. de ácido disueltos en 902 g. de agua ).

Por lo general las celdas galvánicas caseras son utilizadas para demostrar que utilizan un proceso químico para hacer funciones eléctricas

Pilas recicladas

Una vez que las baterías son recolectadas y enviadas a la planta de reciclaje, los materiales son separados por tipo. Un proceso de alta temperatura recupera metales reutilizables como el níquel, plomo, hierro, cobalto y cadmio de las baterías. Estos metales se pueden usar de nuevo en las pilas nuevas o en acero inoxidable.

En el caso de las pilas o celdas galvánicas al momento de reciclarlas simplemente se cambian los liquidos por unos nuevos del mismo tipo o que posean los mimos componentes. 

Preguntas:
1-¿Que tipo de pilas hay?
2-Que es electrolisis del agua?
3-¿Que podemos hacer para prevenir la corrosión?
4-¿Cual es la importancia de la energía eléctrica?
5-¿Como construir celdas galvánicas?