CELDA GALVANICA
Una celda galvánica o celda voltaica consta de dos semiceldas o semicélulas conectadas eléctricamente mediante un conductor metálico, y también mediante un puente salino. Cada semicélula consta de un electrodo y un electrolito. Las dos semicél semicélulas ulas pueden pueden utilizar utilizar el mismo mismo electro electrolito lito,, o pueden pueden utilizar utilizar electrol electrolitos itos diferentes. Las reaccio reacciones nes química químicas s en la celda celda pued pueden en implic implicar ar al elect electrol rolito ito,, a los electrodos o a una sustancia externa (como en las pilas de combustible que puede utilizar el idr!"eno "aseoso como reactivo#. $n una celda voltaica completa, las especie especies s química químicas s de una semiceld semicelda a pierden pierden electro electrones nes (oxidaci (oxidaci!n# !n# acia acia su electr electrodo odo mient mientras ras que que las espe especie cies s de la otra otra semic semicel elda da "ana "anan n electr electron ones es (reducci (reducci!n# !n# desde desde su electro electrodo. do. Un puente puente salino salino se emplea emplea a menudo menudo para proporc proporciona ionarr un contact contacto o i!nico i!nico entre entre las dos medias medias celdas celdas con electrol electrolitos itos diferentes, para evitar que las soluciones se mezclen y provoquen reacciones colaterales no deseadas. $ste puente salino puede ser simplemente una tira de papel de filtro empapado en soluci!n saturada de al"%n nitrato. &tros dispositivos para lo"rar la separaci!n de las disoluciones son vasi'as porosas y disoluciones "elificadas.
ambién se les denomina semirreacciones pues en cada una de ella tiene lu"ar una parte de la reacci!n redox) • •
La pérdida de electrones (oxidaci!n# tiene lu"ar en el ánodo. La "anancia de electrones (reducci!n# en el cátodo.
A continuación se presentaran ciertas partes de una celda voltaica. CATODO
$l cátodo es un electrodo en el cual se produce la reacci!n de reducci!n. Un error muy extendido es que la polaridad del cátodo es siempre ne"ativa (*#. La polaridad del cátodo depende del tipo de dispositivo, y a veces incluso en el modo que opera, se"%n la direcci!n de la corriente eléctrica, basado en la definici!n de corriente eléctrica universal. $n consecuencia, en un dispositivo que consume ener"ía el cátodo es ne"ativo, y en un dispositivo que proporciona ener"ía al cátodo es positivo. $l término fue inventado por +araday, con el si"nificado de camino descendente o de salida , pero referido exclusivamente al electrolito de una celda electroquímica. u vinculaci!n al polo ne"ativo del correspondiente "enerador implica la suposici!n de que la corriente eléctrica marca por el circuito exterior desde el polo positivo al ne"ativo, es decir, transportada por car"as positivas, convenci!n que es la usual. i el conductor externo fuera metálico, está demostrado que el sentido de la corriente realmente es el recorrido por los electrones acia el positivo. in embar"o, en una célula electrolítica, el conductor es el electrolito, no un metal, y en él pueden coexistir iones ne"ativos y positivos que tomarían sentidos opuestos al desplazarse. -or convenio se adopta que el sentido de la corriente es el del ánodo al cátodo o, lo que es lo mismo, del positivo al ne"ativo. -or ende, en una reacci!n redox corresponde al elemento que se reducirá. ANODO
$l ánodo es un electrodo en el cual se produce la reacci!n de oxidaci!n. Un error muy extendido es que la polaridad del ánodo es siempre positivo (#. $sto es a menudo incorrecto y la polaridad del ánodo depende del tipo de dispositivo, y a veces incluso en el modo que opera, se"%n la direcci!n de la corriente eléctrica, basado en la definici!n de corriente eléctrica universal. $n consecuencia, en un dispositivo que consume ener"ía el ánodo es positivo, y en un dispositivo que proporciona ener"ía al ánodo es ne"ativo.
$l término fue utilizado por primera vez por +araday con el si"nificado de camino ascendente o de entrada , pero referido exclusivamente al electrolito de una celda electroquímica. u vinculaci!n al polo positivo del correspondiente "enerador implica la suposici!n de que la corriente eléctrica marca por el circuito exterior desde el polo positivo al ne"ativo, es decir, transportada por car"as positivas. -arecería l!"ico definir el sentido de la corriente eléctrica como el sentido del movimiento de las car"as libres, sin embar"o, si el conductor no es metálico, también ay car"as positivas moviéndose por el conductor externo (el electrolito de nuestra celda# y cualquiera que fuera el sentido convenido existirían car"as moviéndose en sentidos opuestos. e adopta por tanto, el convenio de definir el sentido de la corriente al recorrido por las car"as positivas cationes , y que es por tanto el del positivo al ne"ativo (ánodo * cátodo#. $n una reacci!n redox corresponde al elemento que se oxidará. ELECTRODO
Un electrodo es una placa de membrana ru"osa de metal, un conductor utilizado para acer contacto con una parte no metálica de un circuito, por e'emplo un semiconductor, un electrolito, el vacío, un "as. La palabra fue acu/ada por el científico 0icael +araday y procede de las voces "rie"as elektron , que si"nifica ámbar y de la que proviene la palabra electricidad 1 y hodos, que si"nifica camino . ELECTROLITO
Un electrolito o electr!lito es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un medio conductor eléctrico. 2ebido a que "eneralmente consisten de iones en soluci!n, los electr!litos también son conocidos como soluciones i!nicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos s!lidos. Com%nmente, los electrolitos existen como soluciones de ácidos, bases o sales. 0ás a%n, al"unos "ases pueden comportarse como electrolitos ba'o condiciones de alta temperatura o ba'a presi!n. Las soluciones de electrolitos se forman normalmente cuando una sal se coloca en un solvente tal como el a"ua, y los componentes individuales se disocian debido a las interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto, en un proceso denominado solvataci!n. $n términos simples, el electr!lito es un material que disuelve en a"ua para dar una soluci!n que conduzca una corriente eléctrica, los cuales se pueden clasificar en electrolitos fuertes, débiles y no electrolitos. Los electrolitos fuertes son compuestos como ácidos y bases fuertes mientras que los electrolitos débiles son
los que están compuestos de ácidos y bases débiles, para completar la definici!n los no electrolitos son las sustancias que no conducen electricidad, como los compuestos or"ánicos. !"ENTE ALINO
Cuando los electrones salen de una semicelda de la pila "alvánica y fluyen a la otra, se establece una diferencia de potencial entre ellas. i no se utilizara un puente salino, esta diferencia de potencial evitaría el flu'o de más electrones. Un puente salino permite el flu'o de los iones para mantener un equilibrio en la car"a entre los recipientes de la oxidaci!n y la reducci!n mientras mantiene separado el contenido de cada uno. Con la diferencia de car"a equilibrada, los electrones pueden fluir una vez más, y las reacciones de reducci!n y oxidaci!n pueden continuar. $n "eneral, es preferible mantener las dos celdas separadas desde el punto de vista de la eliminaci!n de las variables en un experimento. Cuando no se permite el contacto directo entre los electr!litos, no es necesario tener en cuenta las posibles interacciones entre las especies i!nicas. La técnica permite, más concretamente, la libertad de elecci!n de los iones en soluci!n. -or e'emplo, una mezcla de dos cationes diferentes en la soluci!n podría resultar en la reducci!n preferencial del no deseado para los fines del experimento. Con un puente salino, el cati!n deseado (átomos positivo# está aislado en un recipiente, mientras que el cati!n en el otro recipiente puede ser ele"ido para acer el experimento más fácil, por e'emplo, utilizando una sal de la especie ani!nica (ne"ativa# más soluble, o más estable. $ntonces comprendemos que un puente salino es un dispositivo utilizado para conectar las semiceldas de oxidaci!n y reducci!n de una celda voltaica. La funci!n del puente salino es la de aislar los contenidos de las dos partes de la celda mientras se mantiene el contacto eléctrico entre ellas. VOLTA#E DE CELDA GALVANICA
La tensi!n, volta'e o diferencia de potencial es una ma"nitud física que impulsa a los electrones a lo lar"o de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flu'o de una corriente eléctrica. La diferencia de potencial también se define como el traba'o por unidad de car"a e'ercido por el campo eléctrico, sobre una partícula car"ada, para moverla de un lu"ar a otro. e puede medir con un voltímetro La diferencia de potencial se mide en voltios (3#, al i"ual que el potencial. Conociendo lo si"uiente el volta'e de la pila "alvánica es la suma de los
potenciales de las dos semiceldas. e mide conectando de un voltímetro a los dos electrodos. $l voltímetro tiene una resistencia muy alta, por lo que el flu'o de corriente es realmente insi"nificante. Cuando un dispositivo como un motor eléctrico se conecta a los electrodos fluye una corriente eléctrica y las reacciones redox se producen en ambas semipilas. $sto continuará asta que la concentraci!n de los cationes que se reducen se aproxime a cero. Cumpliendo con dos condiciones para que pueda circular una corriente eléctrica entre las dos celdas) 4ue los electrodos se conecten alternativamente mediante conductores metálicos. 4ue las disoluciones de electrolito estén en contacto para permitir el movimiento de los iones.
$"NCIONA%IENTO La celda electroquímica es un dispositivo experimental para "enerar electricidad mediante una reacci!n redox espontánea en donde la sustancia oxidante está separada de la reductora de manera que los electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora acia la oxidante. $n una celda el a"ente reductor pierde electrones por tanto se oxida. $l electrodo en donde se verifica la oxidaci!n se llama ánodo. $n el otro electrodo la sustancia oxidante "ana electrones y por tanto se reduce. $l electrodo en que se verifica la reducci!n se llama cátodo. La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque ay una diferencia de ener"ía potencial entre los electrodos. La diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide en forma experimental con un voltímetro, donde la lectura es el volta'e de la celda.
&ATERIA NI'"EL ( CAD%IO
Una )ater*a es un dispositivo electro*químico el cual almacena ener"ía en forma química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico, la ener"ía química se transforma en ener"ía eléctrica. Cuando la batería se está descar"ando un cambio electro*químico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos. Los electrones son transportados entre el electrodo positivo y ne"ativo a través de un circuito externo (portátiles, i-od, m!viles, etc.#.
Conceptos )ásicos para entender a una )ater*a+
$ner"ía específica) es la cantidad de ener"ía que la batería puede almacenar por unidad de peso. Cuanta más alta, me'or. -otencia específica) es la potencia que la batería puede suministrar por unidad de peso. 2e nuevo, cuanto mayor es esta cifra, más aplicaciones posibles tiene la batería. $ficacia (5#) es la fracci!n de electricidad que devuelve la batería en proporci!n a la cantidad de electricidad que a sido necesaria para car"arla. Cuanto más alta, me'or, idealmente el 6775. ambién es importante que una batería manten"a su eficacia en funci!n del tiempo de almacenamiento. 8%mero de ciclos de car"a*descar"a) es el n%mero de veces que la batería puede ser recar"ada para recobrar su capacidad completa después de su uso. $s una indicaci!n de la duraci!n de vida de la batería. 2e nuevo, cuanto más alto, me'or. iempo de recar"a normal ) es el tiempo necesario para recar"ar completamente la batería. Cuanto más corto, me'or. iempo de recar"a rápida (975 y ::5#) estos son los tiempos necesarios para recar"ar la batería a la mitad o al ::5 de su capacidad. $sta característica es %til solamente si la recar"a de la batería es lenta. -or supuesto, cuanto más corto sea este tiempo, me'or.
&ater*a N*,uel - Cadio
on las más abituales. -roporcionan tensiones de 6.; voltios.
Contienen cadmio, un metal pesado que representa un peli"ro ecol!"ico. $xteriormente tienen la misma forma y tama/o de las pilas.
$uncionaiento en descarga
La capacidad real de una batería 8i*Cd (producto de intensidad consumida por el tiempo de descar"a# s!lo es la nominal si la descar"a se realiza a ;7>C y a la intensidad nominal que es el resultado de dividir por 67 la capacidad nominal. <67? C67 @ 67 La capacidad efectiva aumenta con la temperatura y disminuye con la intensidad de la corriente de descar"a.
$uncionaiento en carga
Como norma "eneral la car"a de las baterías de 8i*Cd debe realizarse a intensidad constante, normalmente la intensidad nominal. La car"a a tensi!n constante no es aconse'able, pues puede dar lu"ar a intensidades muy elevadas si los elementos están muy descar"ados. 2urante el proceso de car"a la tensi!n en bornes de la batería aumenta "radualmente, pero no ay un cambio brusco al alcanzarse la car"a completa, de forma que este parámetro no es %til para controlar el proceso de car"a que debe controlarse a través de la intensidad de la corriente suministrada a la batería y de la duraci!n de la car"a.
Intensidad de la carga
La car"a debe realizarse a intensidad constante1 en "eneral todos los fabricantes recomiendan que esta intensidad sea la nominal, aunque es posible realizarla a intensidades distintas. La car"a con intensidades inferiores a la nominal no es recomendable si la batería está completamente descar"ada. ampoco es conveniente car"ar siempre las baterías a ba'a intensidad1 es recomendable realizar una car"a a intensidad nominal con cierta periodicidad (cada mes#. La car"a a intensidades mayores (; ! A veces la nominal s!lo es admisible si las baterías están completamente descar"adas y la temperatura es superior a ;7>C. $n estos casos el factor de car"a es 6,;.
E/ecto eoria
e produce en estas baterías, y ocurre al recar"ar una batería que no se a a"otado suficientemente. i una batería que se a "astado asta el ;75 de su capacidad se recar"a, su capacidad se reducirá a un B75 del valor inicial. $sto se debe a que si se recar"a antes de la descar"a casi completa, los cristales de 8íquel y Cadmio se acumulan y crecen, lo que termina por romper el separador aislante y producir altos niveles de autodescar"a o un cortocircuito. -ara evitar el efecto memoria no es necesario recar"ar siempre con las baterías casi completamente descar"adas, sino que basta con que la primera car"a de la batería sea muy lar"a (más o menos el doble de lo normal# y se de'e descar"ar casi completamente cada semana*mes se"%n el uso.
Vida 0til
La repetici!n de ciclos de car"a y descar"a destruye pro"resivamente la estructura interna de la batería de forma que su vida %til queda limitada aproximadamente a 977 ciclos de car"a y descar"a completa. e considera que una batería a alcanzado el final de su vida %til cuando su capacidad real desciende al B75 de la nominal. La vida %til puede alar"arse si la batería no se descar"a nunca por deba'o del 975 y se evitan las sobredescar"as, pudiéndose alcanzar los 6977 ciclos en estas condiciones. $n cualquier caso la vida %til dependerá de las condiciones de uso.
