Como funciona una Batería ⚡ Celda Galvánica ⚡ Reacción REDOX

¿Cómo funcionan las baterías?

Introducción a las Baterías

• Las baterías son dispositivos que almacenan energía eléctrica para su uso posterior en motores, sonido o procesadores de dispositivos electrónicos.

• A diferencia de los capacitores, que acumulan energía sin reacciones químicas, las baterías generan corriente eléctrica mediante reacciones químicas entre sus componentes.

Tipos de Baterías

• Existen diferentes tipos de baterías clasificadas según los elementos químicos y reacciones internas; se dividen en dos categorías: primarias (no recargables) y secundarias (recargables).

• El enfoque inicial del video es explicar el funcionamiento de una celda electroquímica, base del funcionamiento de la mayoría de las baterías.

Experimento Histórico con la Rana

• Se menciona un experimento realizado por Luigi Galvani hace más de 200 años donde al tocar nervios de ancas de rana con electrodos metálicos, estas se movían como si estuvieran vivas.

• Alessandro Volta propuso que la electricidad generada era resultado de los materiales utilizados en lugar de una "electricidad intrínseca" en los animales.

La Pila de Volta

• La pila de Volta consiste en discos apilados de zinc y cobre separados por un electrolito, creando una fuente continua de corriente eléctrica similar a las pilas modernas.

• Para entender cómo se genera esta corriente, se analiza la estructura básica de una celda compuesta por zinc, cobre y un electrolito.

Construcción y Funcionamiento Básico

• Se describe cómo visualizar las reacciones químicas utilizando barras separadas en contenedores conectados por cables e interruptores para controlar el flujo eléctrico.

• Se transforma el sistema en una celda galvánica o voltaica para observar mejor las reacciones químicas involucradas.

Preparación del Electrolito

• Los electrolitos son cruciales; se preparan mezclando agua con sales que disocian iones positivos y negativos.

• Se utiliza sulfato de cobre para el contenedor con cobre y sulfato de zinc para el contenedor con zinc; ambos generan iones cargados positivamente (+2).

¿Cómo funciona una celda electroquímica?

Proceso de oxidación y reducción

• La carga del electrón es de -1.602176565 x 10^-19 Coulombs, un valor extremadamente pequeño. Al cerrar el circuito entre las placas de cobre y zinc, los electrones se desplazan del zinc al cobre, generando corriente eléctrica.

• Un átomo de zinc pierde dos electrones, convirtiéndose en un ión con carga +2. Este proceso se llama oxidación y el zinc actúa como ánodo.

• En la placa de cobre, un ion de cobre con carga +2 recibe los electrones del zinc, transformándose en cobre neutro y sólido. Este proceso se denomina reducción y el cobre actúa como cátodo.

• A medida que más iones de cobre se reducen a forma sólida, se depositan en la placa inicial. Las reacciones simultáneas de oxidación y reducción son conocidas como reacciones redox.

Desbalance de cargas y puente salino

• Con el tiempo, la oxidación del zinc y la reducción del cobre generan un desbalance en las cargas: el electrolito de sulfato de zinc se vuelve más positivo mientras que el electrolito de sulfato de cobre se torna más negativo.

• Este desbalance frena el flujo electrónico; eventualmente, la carga positiva en el electrolito puede superar la capacidad atractiva del cobre para los electrones. Aquí es donde entra en juego el puente salino.

• Los iones negativos (cloro) migran hacia el contenedor con zinc (cargas positivas), mientras que los iones positivos (sodio) van hacia el contenedor con cobre (cargas negativas), equilibrando así las cargas y permitiendo que los electrones sigan fluyendo.

Potencial estándar y voltaje teórico

• Cada media celda tiene un potencial estándar de electrodo o potencial estándar de reducción. Estos valores son experimentales bajo condiciones estándar (25°C, 1 atmósfera).

• El potencial estándar más alto corresponde al cobre; por lo tanto, los electrones fluyen hacia él. Conociendo estos potenciales podemos calcular el voltaje teórico total para la celda completa.

Combinaciones y voltajes en baterías

• Aunque existen muchas combinaciones posibles para crear celdas electroquímicas diferentes, la mayoría no supera los 3 voltios por celda.

• Sin embargo, al conectar varias celdas en serie manteniendo la misma polaridad, sus voltajes se suman. Así funcionan las baterías comunes; por ejemplo, una batería de 9 voltios contiene seis celdas conectadas en serie.

Tipos de baterías