divendres, 20 de juny de 2008

Fonament químic del funcionament de les piles

Hui us parlaré d'un tema que potser mai hageu considerat quan compreu unes piles, és a dir, el seu fonament químic. Per a parlar d'aquest tema, primer haurem de considerar la definició de pila elèctrica, per a seguir parlant dels diferents tipus de piles i acabar amb la descripció detallada de cada tipus.

Primer, cal dir que una pila elèctrica és aquell dispositiu que transforma energia química en energia elèctrica gràcies a les reaccions que tenen lloc al seu interior. Per tant, la pila transforma reactius en productes i obté com a conseqüència una diferència de potencial als extrems. Les reaccions que tenen lloc dins de les piles elèctriques són reaccions d'oxido-reducció, és a dir, reaccions de transferència d'electrons entre les espècies que intervenen en la reacció.

Després caldrà diferenciar entre diferents tipus de piles segons les reaccions que es donen en el seu interior:

Dins de les piles denominades no recarregables tenim principalment les següents:
- Salines (Zinc-Carboni)
- Alcalines (Zinc-Diòxid de Manganés)
- De botó (Òxid de plata i altres)

Entre les recarregables més usades podem trobar:
- Liti-Ió
- Níquel Metal-Hidrur
- Níquel-Cadmi
- Plom

Començaré parlant de les piles no recarregables per ser aquest tipus el més comú. Aquest és el cas de les piles salines i alcalines comunes en les aplicacions modernes.

La reacció que té lloc l'interior de les piles salines és la següent:
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-
2 MnO2(s) + 2 H+(aq) + 2 e- → Mn2O3(s) + H2O(l)
NH4+(aq) → H+(aq) + NH3(aq)

La reacció global és:
Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq) → Mn2O3(s) + Zn(NH3)22+(aq)

La reacció que té lloc en l'interior de les piles alcalines és lleugerament diferent, en tenir aquestes un component fortament bàsic en el seu interior, que sol ser hidròxid de sodi o potassi:
Zn (s) + 2OH (aq) → ZnO (s) + H2O (l) + 2e
2 MnO2 (s) + H2O (l) + 2e →Mn2O3 (s) + 2OH (aq)

Per tant, la reacció global és:
Zn (s) + 2 MnO2 (s) → ZnO (s) + Mn2O3 (s)

Aquestes reaccions donen origen a una diferència de potencial en els extrems de la pila que nosaltres aprofitem quan connectem aquestos dispositius als nostres aparells elèctrics. A mesura que la reacció transcorre, la concentració dels reactius en l'interior de la pila varia a causa de l'equilibri redox que té lloc, i el potencial en els extrems minva com a conseqüència directa d'aquesta variació en les concentracions. Aquesta variació pot ser estudiada amb ajuda de l'equació de Nernst, que ens dóna el potencial sabent les concentracions dels reactius que intervenen en la reacció redox.

Descrit el fonament químic, sabem que aquestes reaccions són reversibles, i aquest és el tema on caldria investigar més a fons per tal de descobrir si realment les piles no recarregables ho són realment o és simplement una estratègia de les grans empreses per tal d'augmentar el seu benefici a costa dels consumidors.

Un altre dia parlaré de les experiències que he dut a terme per tal de verificar la reversibilitat dels sistemes redox de les piles convencionals, així com de les piles considerades recarregables.

2 comentaris:

Unknown ha dit...

Jajajaja, reacciones redox, i jo que creia que ja habia acabat en elles, molt interessant el article, però el que no acabe d'entendre es la causa per la que fiques en dubte el concepte de "recargabilitat" de les piles...

Axel ha dit...

En teoria, les piles salines i alcalines no són recarregables, encara que segons la teoria es poden revertir les reaccions que tenen lloc en l'interior de la pila.
He fet certs experiments sobre aquest tema, i he descobert que les piles alcalines accepten càrrega en forma d'energia elèctrica, que es fa passar a través d'una diferència de potencial externa, produïda per exemple amb un transformador connectat adequadament a la pila a través d'un circuit per tal de limitar la polaritat que puga accedir a la pila.
En pròxims dies posaré un post sobre aquests experiments que he fet, i segurament quedarà més clar aquest tema.