Pila (electricidad)
Distintos tipos de pilas.
Se llama ordinariamente pila eléctrica a un dispositivo que genera energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras de 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.
Véase también: Acumulador eléctrico
En castellano ha venido siendo costumbre llamarla así, mientras que al dispositivo recargable o acumulador, se ha venido llamando batería. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas —en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo adosados lateralmente, "en batería"— como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción.
La estructura fundamental de una pila consiste en piezas de dos metales diferentes introducidas en un líquido conductor de la electricidad o electrolito.
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Principios de funcionamiento
Aunque la apariencia de cada una de estas celdas sea simple, la explicación de su funcionamiento dista de serlo y motivó una gran actividad científica en los siglos XIX y XX, así como diversas teorías, y la demanda creciente que tiene este producto en el mercado sigue haciendo de él objeto de investigación intensa.
El agua que tenga sales disueltas, es decir, agua ordinaria o agua con sal añadida, es un ejemplo de electrolito, pues el agua pura es prácticamente un aislante eléctrico. El electrolito es conductor porque contiene iones libres, partículas dotadas de carga eléctrica que pueden desplazarse por su interior. Si se sumergen en él dos electrodos y se hace pasar una corriente eléctrica por el circuito así formado, se producen reacciones químicas entre las sustancias del conjunto. Este proceso es el conocido fenómeno de la electrolisis. Las pilas son el proceso inverso de la electrólisis, es decir, en ellas los elementos están dispuestos de tal modo que la reacción química que se produce entre sus constituyentes cuando se cierra el circuito genere una diferencia de potencial en los electrodos, de modo que se pueda suministrar corriente eléctrica a una carga externa.
El funcionamiento de una pila se basa en el potencial de contacto entre un metal y un electrolito, esto es, el potencial que se produce al poner en contacto un metal con un líquido.
Así, al introducir una placa de zinc (Zn) en agua, el zinc se disuelve algo en forma de iones Zn++ que pasan al líquido; esta emisión de iones hace que la placa adquiera una carga negativa respecto al líquido, pues tiene ahora un exceso de electrones, creándose entre ambos una diferencia de potencial. Los iones que están en el líquido ejercen una presión que se opone a la continuación de la disolución, la cual se detendrá cuando se alcance un valor determinado, llamado tensión de disolución. Cuando se cierra el circuito externo, los electrones del zinc retornan a través de él al polo opuesto, mientras que en el interior del electrolito se reanuda la corriente de iones que circula en sentido contrario. La imagen precedente muestra el esquema electroquímico de una celda Daniell, que se describe luego con más detalle —incidentalmente, obsérvese que las denominaciones de ánodo y cátodo se utilizan sobre la base del flujo de electrones por el circuito externo y no en el sentido habitual, según el cual la corriente va del polo positivo al negativo—.
Características, propiedades y forma de utilización de las pilas
Voltaje
El voltaje, tensión o diferencia de potencial que produce un elemento electroquímico viene determinado completamente por la naturaleza de las sustancias de los electrodos y del electrolito, así como por su concentración. Walther Nernst obtuvo el premio Nobel de química de 1920 por haber formulado cuantitativamente y demostrado las leyes que rigen este fenómeno. La conexión de elementos en serie permite multiplicar esta tensión básica cuanto se quiera.
Las propiedades puramente eléctricas de una pila se representan mediante el modelo adjunto. En su forma más sencilla está formado por una fuente de tensión perfecta —es decir, con resistencia interna nula— en serie con un resistor que representa la resistencia interna. El condensador de la versión más compleja es enormemente grande y su carga simula la descarga de la pila. Además de ello entre los terminales también aparece una capacitancia, que no suele tener importancia en las aplicaciones de corriente continua.
Símbolo de una pila (izquierda); modelo eléctrico simplificado (centro); modelo más elaborado (derecha).
Una vez fijada la tensión, la ley de Ohm determina la corriente que circulará por la carga y consecuentemente el trabajo que podrá realizarse, siempre naturalmente que esté dentro de las posibilidades de la pila, que no son infinitas, viniendo limitadas fundamentalmente por el tamaño de los electrodos —lo que determina el tamaño externo de la pila completa— y por su separación. Estos condicionamientos físicos se representan en el modelo de generador como una resistencia interna por la que pasaría la corriente de un generador ideal, es decir, de uno que pudiese suministrar una corriente infinita al voltaje predeterminado.
Conforme la célula se va gastando, su resistencia interna va aumentando, lo que hace que la tensión disponible sobre la carga vaya disminuyendo, hasta que resulte insuficiente para los fines deseados, momento en el que es necesario reemplazarla. Para dar una idea, una pila nueva de las ordinarias de 1,5 V tiene una resistencia interna de unos 0,35 Ω, mientras que una vez agotada puede tener varios. Esta es la razón de que la mera medición de la tensión con un voltímetro no sirva para indicar el estado de una pila; en circuito abierto incluso una pila gastada puede indicar 1,4 V, dada la carga insignificante que representa la resistencia de entrada del voltímetro, pero, si la medición se hace con la carga que habitualmente soporte, la lectura bajará a 1,0 V o menos, momento en que esa pila ha dejado de tener utilidad. Las actuales pilas alcalinas tienen una curva de descarga más suave que las previas de carbón; su resistencia interna aumenta proporcionalmente más despacio.
Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se pueden añadir otros elementos en la conexión llamada en paralelo, es decir, uniendo los polos positivos de todos ellos, por un lado, y los negativos, por otro. Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que si un elemento falla antes que sus compañeros, o se cortocircuita, arrastra irremisiblemente en su caída a todos los demás.
Capacidad total
La capacidad total de una pila se mide en amperios x hora (A·h); es el número máximo de amperios que el elemento puede suministrar en una hora. Es un valor que no suele conocerse, ya que no es muy esclarecedor dado que depende de la intensidad solicitada y la temperatura. Cuando se extrae una gran corriente de manera continuada, la pila entrega menos potencia total que si la carga es más suave. También en esto las pilas alcalinas son mejores. Una de tipo D tiene una capacidad de entre 9 Ah —con una carga de 1 A— y 12 Ah —con una carga de 1 mA—, mientras que los correspondientes valores para una de carbón-zinc son 1 y 7,5, respectivamente.
Dependencia de la temperatura
Como todas las reacciones químicas, las que se producen dentro de una pila son sensibles a la temperatura, acelerándose normalmente cuando ésta aumenta, lo que se traducirá en un pequeño aumento de la tensión. Más importante es el caso de la bajada, pues cuando se alcanzan las de congelación muchas pilas pueden dejar de funcionar o hacerlo defectuosamente, cosa que suelen advertir los fabricantes. Como contrapartida, si se almacenan las pilas refrigeradas, se prolongará su buen estado.
Duración fuera de servicio
Lo ideal sería que las reacciones químicas internas no se produjeran más que cuando la pila esté en servicio, pero la realidad es que las pilas se deterioran por el mero transcurso del tiempo, aunque no se usen, pues los electrodos resultan atacados en lo que se conoce con el nombre de acción local. Puede considerarse que una pila pierde unos 6 mV por mes de almacenamiento, influyendo mucho en ello la temperatura. Actualmente esto no constituye un problema serio pues, dado el enorme consumo que hay de los tipos corrientes, las que se ofrecen en el comercio son de fabricación reciente. Algunos fabricantes han empezado a imprimir en los envases la fecha de caducidad del producto, lo que es una práctica encomiable.
Historia
La primera pila eléctrica fue dada a conocer al mundo por Volta en 1800, mediante una carta que envió al presidente de la Royal Society londinense. Se trataba de una serie de pares de discos (apilados) de cinc y de cobre (o también de plata), separados unos de otros por trozos de cartón o de fieltro impregnados de agua o de salmuera, que medían unos 3 cm de diámetro. Cuando se fijó una unidad de medida para la diferencia de potencial, el voltio (precisamente en honor de Volta) se pudo saber que cada uno de estos elementos suministra una tensión de 0,75 V aproximadamente, pero ninguno de estos conceptos estaba disponible entonces. Su apilamiento conectados en serie permitía aumentar la tensión a voluntad, otro descubrimiento de Volta. El invento constituía una novedad absoluta y gozó de un éxito inmediato y muy merecido, ya que inició la era eléctrica en que actualmente vivimos, al permitir el estudio experimental preciso de la electricidad, superando las enormes limitaciones que presentaban para ello los generadores electrostáticos, únicos disponibles con anterioridad. Otra disposición también utilizada y descrita por Volta para el aparato estaba formada por una serie de vasos con líquido (unos junto a otros, en batería), en los que se sumergían las tiras de los metales, conectando externamente un metal con otro.
Inmediatamente empezaron a hacerse por toda Europa y América innumerables pruebas con diversos líquidos, metales y disposiciones, tratando de mejorar las características del aparato original, cosa que pocas veces se consiguió, pero que originó una infinidad de distintos tipos de pilas, de los cuales no ha quedado memoria más que de los más notables.
La pila Daniell, dada a conocer en 1836 y de la que luego se han usado ampliamente determinadas variantes constructivas, está formado por un electrodo de Zinc sumergido en una disolución de sulfato de Zinc y otro electrodo de cobre sumergido en una disolución concentrada de sulfato de cobre. Ambos electrolitos están separados por una pared porosa para evitar su reacción directa. En esta situación la tensión de disolución del zinc es mayor que la presión de los iones Zn++ y el electrodo se disuelve, emitiendo Zn++ y quedando cargado negativamente, proceso en el que se liberan electrones y que recibe el nombre de oxidación. En la disolución de sulfato de cobre, debido a su gran concentración de iones Cu, se deposita Cu++ sobre el electrodo de este metal que de este modo queda cargado positivamente, mediante el proceso denominado reducción, que implica la incorporación de electrones. Esta pila presenta una diferencia de potencial de entre 1,07 y 1,14 V entre sus electrodos. Su gran ventaja respecto a otras de su tiempo fue la constancia del voltaje generado, debido a la elaborada disposición, que facilita la despolarización, y a la reserva de electrolito, que permite mantener su concentración durante más tiempo.
La pila Grove (1839) utiliza como despolarizador el ácido nítrico NO3H. Su fuerza electromotriz es de 1,9 a 2,0 V. Originariamente utilizaba platino para el ánodo, pero Cooper y Bunsen lo sustituyeron luego por carbón; el cátodo era de zinc tratado con mercurio. Fue muy apreciado por su estabilidad y su mayor energía, a pesar del gran inconveniente que representa la emisión de humos corrosivos. El mismo Grove y en el mismo año elaboró una pila que producía energía eléctrica por medio de la recombinación de hidrógeno y de oxígeno, lo que constituye el precedente de los generadores contemporáneos conocidos como pilas de combustible.
La pila Leclanché (1868) utiliza una solución de cloruro amónico en la que se sumerjen electrodos de cinc y de carbón, rodeado éste último por una pasta de dióxido de manganeso y polvo de carbón como despolarizante. Suministra una tensión de 1,5 V y su principal ventaja es que se almacena muy bien, pues el cinc no es atacado más que cuando se extrae corriente del elemento.
Este tipo de pila sirvió de base para el importante avance que constituyó la pila denominada seca, al que pertenecen prácticamente todas las utilizadas hoy. Los tipos hasta ahora descritos eran denominados húmedos, pues contenían líquidos, que no sólo hacían inconveniente su transporte, sino que solían emitir gases peligrosos y olores desagradables. Las pilas secas, en cambio, estaban formadas por un recipiente cilíndrico de zinc, que era el polo negativo, relleno de una pasta electrolítica, y por una barra de carbón en el centro (electrodo positivo), todo ello sellado para evitar fugas. Previamente se habían realizado otro tipo de pilas secas, como la de Zamboni (1812), pero eran dispositivos puramente experimentales, que no proporcionaban ninguna corriente útil. La sequedad es relativa, en primer lugar porque un elemento rigurosamente seco no suministraría electricidad alguna, de modo que lo que se encuentra en el interior de las pilas es una pasta o gel, cuya humedad se procura por todos los medios conservar, pero además porque el uso y el paso del tiempo tienden a corroer el contendedor, de modo que la pila puede verter parte de su electrolito al exterior, donde puede atacar a otros metales. Por esta razón se recomienda extraerlas cuando no se utilizan durante mucho tiempo o cuando ya han trabajado mucho. Este inconveniente está muy atenuado en los productos de finales del siglo XX gracias a la utilización de recipientes de acero inoxidable, pero todavía se produce alguna vez.
Importantes en otro sentido han sido las pilas patrón, destinadas a usos de calibración y determinación de unidades, como la pila Clark (1870), de zinc y mercurio, cuya tensión era de 1,457 V, y la pila Weston (1891), de cadmio y mercurio, con 1,018 V. Estas tensiones se miden en vacío, es decir, sin tener ninguna carga externa conectada, y a una temperatura constante de 20º C.
Tipos corrientes de pilas
Un cargador de baterías AA
La distinción entre pilas que utilizan un electrolito y las que utilizan dos, o entre pilas húmedas y secas, son exclusivamente de interés histórico y didáctico, pues todas las pilas que se utilizan actualmente son prefabricadas, estancas y responden a tipos bastante fijos, lo que facilita su comercialización y su uso.
Las pilas eléctricas y algunos acumuladores se presentan en unas cuantas formas normalizadas. Las más frecuentes comprenden la serie A (A, AA, AAA, AAAA), B, C, D, F, G, J y N, 3R12, 4R25 y sus variantes, PP3, PP9 y las baterías de linterna 996 y PC926. Las características principales de todas ellas y de otros tipos menos habituales se incluyen en la tabla siguiente (que también puede verse separadamente).
Tipos de pila estandarizados
| USA | IEC | ANSI | Otros | Forma | Voltaje |
|---|---|---|---|---|---|
| PRISMA RECTANGULAR | |||||
| linterna, 996 | prisma 68 mm × 68 mm × 115 mm | 6 V (nota) | |||
| radio, linterna, PC926 | prisma 127 mm × 136,5 mm × 73 mm alto, terminales rosca | 12 V (nota) | |||
| 3R12 | GP312S | prisma 67 mm × 62 mm × 22 mm | 4,5 V | ||
| 4R25X | 908 | radio, MN908 | prisma 67,7 mm × 67,7 mm × 110 mm, terminales de muelle | 6 V (nota) | |
| 4R25 | 915 | radio | prisma 67,7 mm × 67,7 mm × 110 mm, terminales rosca | 6 V (nota) | |
| 4LR25-2 | 918A | MN918 | prisma 127 mm × 136,5 mm × 73 mm, terminales rosca | 6 V (nota) | |
| PP3 | 6LR61 | 1604A | 6F22, 6R61, MN1604, 9V | prisma 48 mm × 25 mm × 15mm | 9 V (nota) |
| PP6 | 6F22 | 1602 | 6F50-2, Energizer 246 | prisma 69,9mm × 34,5mm × 34,5mm | 9 V (nota) |
| PP9 | 6F100 | 1603 | prisma 51,6mm × 65,1 mm × 80,2 mm | 9 V (nota) | |
| A | alimentación de filamentos de receptores de radio antiguos | prisma de varios tamaños | 6 V | ||
| B | alimentación de placa de receptores de radio antiguos | prisma de varios tamaños, a veces con tomas intermedias | 45 V, 60 V, 90 V, etc. | ||
| C | polarización de rejilla de receptores de radio antiguos | prisma de varios tamaños, a veces con tomas intermedias | 4,5 V, 6 V, 9 V, etc. | ||
| CILINDRICAS | |||||
| AAAA | 25A | MN2500 | cilindro L 42 mm, D 8 mm | 1,5 V | |
| AAA | LR03 | 24A | R03, MN2400, AM4, UM4, HP16, Micro | cilindro L 44,5 mm, D 10,5 mm | 1,5 V |
| 1/3 AAA | cilindro, L 20,5mm, D 10,5mm | 1,5V | |||
| 2/3 AAA | cilindro, L 30mm, D 10,5mm | 1,5V | |||
| 4/3 AAA | cilindro, L 60mm, D 10,5mm | 1,5V | |||
| 5/3 AAA | cilindro, L 67mm, D 10,5mm | 1,5V | |||
| 1/4 AAA | cilindro, L 14mm, D 10,5mm | 1,5V | |||
| 5/4 AAA | cilindro, L 50mm, D 10,5mm | 1,5V | |||
| AA | LR06 | 15A | R06, MN1500, AM3, UM3, HP7, Mignon | cilindro L 50 mm, D 14,2 mm | 1,5 V |
| 1/3 AA | cilindro, L 17,5mm, D 14,2mm | 1,5V | |||
| 2/3 AA | cilindro, L 28,7mm, D 14,2mm | 1,5V | |||
| 4/3 AA | cilindro, L 65,2mm, D 14,2mm | 1,5V | |||
| 4/5 AA | cilindro, L 43mm, D 14,2mm | 1,5V | |||
| A | cilindro L 50 mm, D 17 mm | 1,5 V | |||
| 1/3 A | cilindro, L 21mm, D 17mm | 1,5V | |||
| 2/3 A | cilindro, L 28.5mm, D 17mm | 1,5V | |||
| 4/5 A | cilindro, L 43mm, D 17mm | 1,5V | |||
| C | LR14 | 14A | R14, UM2, MN1400, HP11, Baby | cilindro L 46 mm, D 26 mm | 1,5 V |
| 2/3 C | cilindro, L 31mm, D 26mm | 1,5V | |||
| Sub C | cilindro, L 43 mm, D 23 mm | 1,5 V | |||
| 2/3 Sub C | cilindro, L 28mm, D 23mm | 1,5V | |||
| 4/3 Sub C | cilindro, L 50mm, D 23mm | 1,5V | |||
| 4/5 Sub C | cilindro, L 34mm, D 23mm | 1,5V | |||
| D | LR20 | 13A | R20, MN1300, UM1, HP2, Mono | cilindro L 58 mm, D 33 mm | 1,5 V |
| 1/2 D | cilindro, L 37mm, D 33mm | 1,5V | |||
| 4/3 D | cilindro, L 89mm, D 33mm | 1,5V | |||
| F | cilindro L 87 mm, D 32 mm | 1,5 V | |||
| G | cilindro L 105 mm, D 32 mm | 1,5 V | |||
| J | cilindro L 150 mm, D 32 mm | 1,5 V | |||
| N | LR1 | 910A | Lady y las de la calculadora HP-41 | cilindro L 30,2 mm, D 12 mm | 1,5 V |
| 123 | cilindro L 34,5 mm, D 16 mm | 3 V | |||
| BOTON GRANDE | |||||
| CR 1616 | botón, H 1,6mm, D 16mm | 3V | |||
| CR 1620 | botón, H 2mm, D 16mm | 3V | |||
| CR 2016 | botón, H 1,6mm, D 20mm | 3V | |||
| CR 2025 | botón, H 2,5mm, D 20mm | 3V | |||
| CR 2032 | botón, H 3,2mm, D 20mm | 3V | |||
| CR 2430 | botón, H 3mm, D 24,5mm | 3V | |||
| CR 2450 | botón, H 5mm, D 24,5mm | 3V | |||
| BOTON | |||||
| LR44 | Alcalina | botón, H 5,4mm, D 11,6mm | 1,5V | ||
| PX28 | Oxido mercúrico; ya no se fabrica | botón, H 25,2mm, D 13mm | 6V | ||
| PX28S | Oxido de plata; sustituto de PX28 | botón, H 25,2mm, D 13mm | 6,2V | ||
| PX28L | L544 | Iones de litio; sustituto de PX28 | botón, H 25,2mm, D 13mm | 6V | |
| OTRAS | |||||
nota: Las pilas de 6 V, 9 V y 12 V suelen fabricarse mediante múltiplos de elementos de 1.5 V en serie. Cuando se utilizan acumuladores (NiMH o NiCd), el voltaje total ha de multiplicarse por 0.83, ya que cada elemento suministra 1,24 V en vez de 1,5 V. Hay acumuladores alcalinos que suministran 1,5 V.
La norma europea aplicable es IEC 60086-1 Primary batteries - Part 1: General (Norma inglesa: BS397).
La serie LR-xx indica que son pilas alcalinas. Las de zinc-carbón no llevan "L": R-6, R-20, etc.
La norma norteamericana aplicable es ANSI C18.1 American National Standard for Dry Cells and Batteries-Specifications.
Hay abundantes artículos sobre muchos aspectos de las pilas y de su utilización en equipos portátiles en Buchmann.ca.
Pueden encontrarse datos interesantes sobre los códigos de los distintos fabricantes y sus equivalencias en [1] y en [2].
Las pilas y el ambiente
Los metales y productos químicos constituyentes de las pilas pueden resultar perjudiciales para el medio ambiente, produciendo contaminación química. Es muy importante no tirarlas a la basura (en algunos países no está permitido), sino llevarlas a centros de reciclado. En algunos países, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se hacen cargo de las pilas gastadas. Una vez que la envoltura metálica que recubre las pilas se daña, las sustancias químicas que contienen se ven liberadas al medio ambiente causando contaminación. Con mayor o menor grado, las sustancias son absorbidas por la tierra pudiéndose filtrar hacia los mantos acuíferos y de éstos pueden pasar directamente a los seres vivos, entrando con esto en la cadena alimenticia.
Estudios especializados indican que una micro pila de mercurio, puede llegar a contaminar 600.000 litros de agua, una de zinc-aire 12.000 litros y una de óxido de plata 14.000 litros.
Las pilas son residuos peligrosos por lo que desde el momento en que se empiezan a reunir, deben ser manejadas por personal capacitado que siga las precauciones adecuadas empleando todos los procedimientos técnicos y legales del manejo de residuos peligrosos.
Referencias
Véase también
¿Cuál es el objetivo de la Ingeniería Electroquímica?
Puesta en marcha de Procesos Electroquímicos.
Aspectos de optimización económica y técnica del proceso.
Concepción, dimensionamiento, modelización de reactores, optimización energética y económica, extrapolación a grande o pequeña escala.
¿Qué es la Electroquímica?
Disciplina que estudia las relaciones que se establecen entre los sistemas eléctricos y los sistemas químicos en un proceso.
¿Cuál es la frontera entre la Electroquímica y la Ingeniería Electroquímica?
En Electroquímica se estudian las condiciones experimentales, de tal forma que cada proceso elemental puede ser estudiado separadamente. En Ingeniería Electroquímica, es necesario tomar en cuenta globalmente todos los fenómenos que se producen en el seno de la celda o reactor. ¿Cuáles son las bases científicas sobre las cuales reposa la Ingeniería Electroquímica?
Termodinámica Electroquímica.
Cinética Electroquímica y mecanismos de reacción.
Electrocatálisis y Electrocristalización.
Teoría del Potencial y distribución de corriente.
Transferencia de materia, calor y cantidad de movimiento.
Teoría de la optimización.
¿Cuáles son sus dominios de aplicación?
Electrosintesis inorgánica.
Electrosintesis orgánica, Reducción u oxidación de metales.
Descontaminación Electroquímica.
Procesos de separación por campo eléctrico.
¿Qué hechos han contribuido a favorecer el desarrollo de la Ingeniería Electroquímica?
La introducción creciente de la electricidad en la industria química.
La energía eléctrica como reactivo “limpio“.
Condiciones de operación ambiental (temperatura y presión).
Posibilidad de regenerar ciertos agentes oxidantes y reductores en electrosintesis por vía directa.
Recuperación de metales pesados diluidos por el uso de celdas o reactores de electrodo poroso (electrodo de volumen).
Historia de la electroquímica
La Historia de la electroquímica, como una rama de la fisicoquímica atravezó por diversos cambios hasta su evolución desde los primeros magnetos en los siglos XVI y XVII, a teorías mas desarrolladas involucrando las cargas electricas, conductividad y modelamiento matemático en el siglo XIX donde el fenómeno de electroquímica por sí mismo se entendió mejor. En décadas recientes la electroquímica se ha convertido en un área de contínua investigación, incluyendo baterías generadas por luz solar, métodos de pasivación y protección de metales, así como técnicas biológicas tan sofisticadas como la electroforésis.
Nacimiento en el Renacimiento y la Ilustración
Es muy dificil conocer el nacimiento de la electroquímica, pues existen evidencias que indican, la existencia de baterías y acumuladores de energía electrica, desde la antigüedad. Estudios realizados en los años 1930 demostraron la existencia de baterías en el imperio Parto, que probablemente fueron empleadas para la electrodeposición o galvanizado de piezas metálicas. Sin embargo, no consta que las personas que utilizaban estos objetos que datan del siglo III d.Cbaterías de Bagdad jamás empleasen razonamientos científicos o teorías que pudieran explicar o entender el fenómeno que aprovechaban para sus fines, por lo que no se puede hablar de electroquímica. conocidos como las
Los antecedentes muy importantes en el desarrollo de la teoría eléctrica comenzaron en el siglo XVI, con los trabajos del científico inglés William Gilbert, quien empleó 17 años en experimentar con el magnetismo y la electricidad. Dado a su trabajo con el magnetismo, Gilbert llegó a conocerse como el "Padre del magnetismo". Gilbert llegó a descubrir varios métodos para producir imanes y hacerlos más potentes.
En 1663, el físico alemán Otto von Guericke creó el primer generador electrico, que producía electricidad estática generando fricción en la máquina. Este generador empleó una esfera de azufre encapsulada concéntricamente en otra esfera de vidrio, montada a su vez en un eje. La esfera era rotada empleando una palanca para producir electricidad estática en forma de chispa, donde una superficie de caucho o goma, tocaba la esfera al ser rotada.
Para mediados de 1700, el químico francés Charles François de Cisternay du Fay anunció que la electricidad consistía de dos fluídos: uno vitreoso (del latín para decir vidrio), o positivo, y uno resinoso, para expresar negativo. Esta teoría de ambos fluidos para la electricidad, se opuso a la propuesta por Benjamin Franklin (teoría de un solo fluido).
Con la introducción de las ideas de Charles-Augustin de Coulomb sobre la atracción electrostática1781 y los estudios de Joseph Priestly en inglaterra, se logró pavimentar el camino para el nacimiento científico de la electroquímica. en
En el ambiente convulsionado de la Ilustración de finales del siglo XVIII, el anatomista y médico italiano Luigi Galvani marcó el nacimiento de la electroquímica de forma científica al descubrir el fenómeno que ocurría, al pasar electricidad por las ancas de rana y nuevamente al tocar ambos extremos de los nervios empleando el mismo escalpelo descargado. Dichas observaciones las publicó en su ensayo "De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius" (del Latín por, Comentario acerca del efecto de la electricidad en el movimiento muscular). Es de esta forma que en 1791 propuso la existencia de una sustancia "nervio-electrica" existente en toda forma de vida.
Galvani pensó que esta nueva fuerza vital, era una nueva forma de generación de electricidad natural, además de las ya conocidas por el hombre como la existente en los truenos y relámpagosanguila eléctrica o las rayas eléctricas. o en algunos animales como la
Los colegas de Galvani aceptaban con beneplácito sus ideas. Sin embargo un contemporáneo y compatriota, Alessandro Volta rechazó rotundamente la idea de un fluido animal que pudiera generar electricidad. Volta adujo que las ancas de rana respondieron a la motilidad debido a las diferencias propias del revenido metálico del escalpelo que uso Galvani, además de la composición y rosor. Galvani refutó las críticas de Volta obteniendo la misma acción muscular con dos piezas del mismo material.
Avances en la revolución industrial
Retrato de Humphry Davy en 1800.
En 1800, los químicos ingleses William Nicholson y Johann Wilhelm Ritter lograro tener existo en lograr descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno mediante la electrolisis. No mucho despues, Ritter descubrió el proceso de la galvanoplastia.
Ritter observó que la cantidad de metal depositado e hidrógeno producido durante el proceso electrolitico depende de la distancia entre los electrodos. Para 1801, Ritter observó que el fenómeno de la termoelectricidad y anticipó el camino para el descubrimiento del fenómeno por Thomas Johann Seebeck.
Los experimentos continuaron por el resto de las primeras décadas de inicios del siglo XIX, en 1810 el William Hyde Wollaston logró mejorar la pila de Volta. El trabajo de Humphry Davy con la electrólisis logró establecer en esa misma década que la producción de electricidad en celdas electroquímicas resultaba de la reacción química en combinación con sustancias de cargas opuestas. Este trabajo le permitió aislar el sodio y potasio a partir de sus sales como la halita y la silvita y otros compuestos de metales alcalinotérreos.
Los avances en el campo del electromagnetismo no se hicieron esperar y para 1820 Hans Christian Ørsted descubrió el efecto del electromagnetismo de la corriente que fue reconocido como uno de los avances más importantes en el ámbito de la electricidad en su época. Más tarde André-Marie Ampère repitió el experimento de Ørsted y logró formularlo matemáticamente.
Casi al finalizar la década se sumaron más científicos que lograron desarollar diversos aportes a la teoría de la electricidad como apoyo matemático para la electroquímica, entre ellos Georg Ohmla ley que lleva su nombre en 1827. y
Esto logró concretar la base para que en 1832 Michael Faraday pudiera reproducir los experimentos de Nicholson, Ritter, Davy y Seebeck y pudiera establecer las dos leyes más importantes de la electrólisis (véase ley de Faraday). En 1836 John Daniell inventó la primera celda electroquímica donde no se hacía necesaria la intervención del hidrógeno (tal como sucedía en la batería de Volta por emplear HCl), lo cual dió como nacimiento a la batería de zinc y cobre.
Las celdas de combustible también vieron la luz en esta misma época, cuando William Grove produjo la primera en 1839.
El desarrollo más importante en electroquímica sucedió casi 30 años después cuando en 1866 Georges Leclanché patentó una pila que empleaba carbón y era menos voluminosa que sus predecesoras. Su invención se convirtió en el antecedente para el nacimiento de la pila mas usada en la historia, la pila de zinc-carbono.
En 1886, Paul Héroult y Charles M. Hall lograron desarrollar un método muy importante para obtener aluminio metálico empleando los métodos usados por Michael Faraday. Proceso que se usa en la actualidad para obtener el aluminio de la bauxita o del corindón. (véase proceso Hall-Héroult).
Al finalizar el siglo XIX, científicos prominentes lograron establecer nuevas teorías gracias a los aportes de la electroquímica, Svante August Arrhenius enunció su ley de disociación electrolítica mediante una técnica de conductividad. Publicada en 1884 como Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes (Investigaciones de la conductividad galvánica en los electrolitos). Dicha investigación demostró que los electrolitos disueltos en agua se disocian en especies eléctricamente diferentes y migran a cada electrodo. Más tarde, en 1894, Friedrich Ostwald concluyó lo mismo en la disociación de ácidos orgánicos.
Walther Hermann Nernst desarrolló la teoría de la fuerza electromotriz o fem de las celdas voltáicas en 1888. Un año después, al analizar la implicación de la energía libre en el proceso, logró establecer lo que hoy día se conoce como la ecuación de Nernst.
Siglo XX y avances en la actualidad [editar]
Dicho siglo vio el nacimiento de la sociedad electroquímica en 1902. Una de las contribuciones más importantes de la electroquímica tuvo lugar en 1909, cuando sirvió de base para que Robert Andrews Millikan lograra determinar la carga eléctrica del electrón mediante el famoso experimento de la gota de Millikan.
En 1923 Johannes Nicolaus Brønsted y Thomas Martin Lowry publicaron la teoría de ácidos y bases empleando celdas electroquímicas, al mismo estilo que Arrhenius en el siglo anterior.
El campo biológico y médico vió avances en 1937, cuando Arne Tiselius desarrolló el primer aparato sofisticado de electroforesis. Años más tarde (en 1948) recibiría el Premio Nobel de Química por su trabajo en electroforesis de proteínas.
En 1949 se fundó la Sociedad internacional de electroquímica, entre 1960 y 1970 se desarrolló una nueva subdisciplina de la química cuantica al crearse la electroquímica cuántica desarrollada por Revaz Dogonadze y sus estudiantes en Yugoslavia. Más tarde esta disciplina sería más conocida por los trabajos de Rudolph A. Marcus en los EE.UU. en 1990.
