GUlA DE EXPERIENCIAS
Se trata de que los alumnos lleguen a la conclusión de que para construir una pila se necesita dos electrodos de distinta naturaleza y un electrolito.
En este caso, el electrolito es un liquido el ácido sulfúrico, por esta razón el dispositivo recibe el nombre de «pila húmeda». En la ficha del alumno damos por supuesto que sabe que el ácido sulfúrico es un electrolito, es decir, hay iones en el seno de la disolución. Si no es así deben comprobarlo experimentalmente.
Cuando los alumnos hayan realizado el experimento sentirán la necesidad de «buscar» el ácido sulfúrico en las «pilas» que se venden en el comercio. Por esta razón se les puede desmonta una pila comercial. En ella pueden ver ]a existencia de dos electrodos, uno es una barra de carbón rodeada de Mn02 y el otro es el propio recipiente de la pila, que es de cinc. En e] interior de la misma existe una pasta que contiene dióxido de manganeso pegada a la barra de carbón y luego una pasta de cloruro de amonio y cloruro de cinc (electrolito). Quizás se sientan algo sorprendidos de no encontrar ningún líquido. Es el momento de explicarles que se trata de una «pila seca», pero que en ella están los constituyentes de su experimento, a saber, dos electrodos distintos y un electrolito.
Creemos que no se les debe hablar a los alumnos de otro elemento importante en las pilas, que es el agente despolarizante. Por el momento les basta con lo
anterior.
Una vez realizado el experimento, si los alumnos conocen algo de] mecanismo de la corriente eléctrica pueden preguntar ¿cómo circulan los electrones? El
experimento no ha sido programado para contestar a esta interesante cuestión. Por lo tanto, si surge la pregunta se les puede dar la siguiente explicación:
Si colocamos un electrodo de cinc y otro de cobre en un vaso con ácido sulfúrico (fig. 1) se observa la formación de burbujas en e] electrodo de cinc (compruébese experimentalmente), ya que se produce la reacción: o escrita en forma iónica:
El cinc pasa a Zn2+ perdiendo electrones:
mientras que el ión H+ gana electrones:
Si ahora conectamos el Zn y el Cu a un voltímetro, éste registra una diferencia de potencial (fig. 2). El cinc se oxida según la reacción:
ahora los electrones pasan por el voltímetro y llegan al electrodo de Cu, allí se verifica la siguiente reducción:
El mecanismo interior es el siguiente (fig. 3): ánodo (oxidación)
Los electrones que desprende el Zn van desde el ánodo al cátodo por el cable exterior y por esta razón hay corriente eléctrica en el circuito exterior. Obsérvese que el cinc es el electrodo negativo pues de él parten los electrones que han de llegar al electrodo positivo (el cobre).
Veamos cómo es el mecanismo de una electrolisis (por ejemplo. CuCl2 disuelto en agua) con electrodos de carbón. En el seno de la disolución existen los iones Cl- y Cu2+ procedentes de la disolución de la sal.
El Cu2+ se dirige al electrodo negativo y allí se reduce:
luego ese electrodo es el cátodo, pues en él se verifica una reducción. El ión CI- se dirige al electrodo positivo y allí se oxida:
ese electrodo es el ánodo, pues en él se verifica una oxidación.
Comparando ambos mecanismos el de la pila y el de la electrolisis, encontramos en común que:
el cátodo es el electrodo en el que se verifica la reducción;
el ánodo es el electrodo en el que se verifica la oxidación. y vemos también como diferente (compárense las figs. 3 y 4).
que en la pila el ánodo es el polo negativo '{ en la electrolisis va unido al poIu positivo.
que en la pila el cátodo es el electrodo positivo y en la electrolisis va unido al
polo negativo.
PRODUCTOS
Para la preparación de la disolución de ácido sulfúrico deben tomarse las
correspondientes precauciones. Las proporciones para preparar la disolución son 10 cm3 de ácido sulfúrico concentrado por 200 cm3 de agua.
CUESTIONESY CONCLUSIONES
1. La pregunta no tiene ninguna dificultad, basta la observación de la tabla de resultados para contestar negativamente.
2 Los valores de son iguales entre sí o iguales a cero. Si los alumnos contestan que el voltímetro no marcó, dé la respuesta como correcta. 3. Si los dos electrodos son del mismo material la respuesta es cero.
4. Cuando se usa disolución ácida y los electrodos son de materiales diferentes, el voltímetro indica un cierto valor distinto de cero.
6. EJ mayor valor se logra con los electrodos de cobre y magnesio, y como líquido la disolución ácida. La pregunta se ha hecho con el fin de que los alumnos se fijen en que la naturaleza de los electrodos influye en el valor de la diferencia de potencial y que además se necesita un electrolito.
7. Se trata de recopilar todas las cuestiones y
conclusiones anteriores, pues solamente el voltímetro indica un cierto valor si los electrodos son disli11tos y el líquido utilizado es disolución ácida.
8. Si son capaces de llegar a la última conclusión, se sugiere que construyan las siguientes pilas:
Sobre un limón se introducen dos electrodos, uno de cobre y otro de cinc. Si se unen al voltímetro del equipo se observa una diferencia de potencial de aproximadamente 0,2 V.