jueves, 29 de noviembre de 2007

¿Es lo mismo una Pila que un Acumulador?

¿Qué es una Pila?

Una pila es un generador, que transforma la energía potencial química en energía eléctrica. Una vez que las pilas se agotan, no se pueden recargar, porque durante el funcionamiento de éstas se origina una reacción química irreversible.




¿Qué es un Acumulador?

Un acumulador es un dispositivo, que como su nombre lo dice, acumula energía y está echo a base de una reacción química que es reversible; es decir, que una vez descargados, se pueden recargar suministrándoles corriente.


Tipos de Pilas

Pila Leclanché o pila seca: Inventada por el químico francés Georges Leclanché en la década de 1860. Es la pila común de bastón no alcalina, suele ser de 1,5 voltios.

Pila alcalina: Es muy potente, tiene aproximadamente la capacidad de 3,5 pilas secas. Se ha ido mejorando con el tiempo, y ahora posee mucho menor contenido de metales pesados que en sus comienzos. Se presenta en forma de bastón.

Pilas de botón: Son las que se utilizan en aparatos de muy pequeños o de muy bajo consumo ya que, por su tamaño, éstas tienen poca capacidad. Hay varios tipos: la pila de zinc-óxido de mercurio, conocida normalmente como pila de mercurio, la pila de óxido de plata, que es la más utilizada, la pila de litio, que es más grande y plana que las otras y mucho más potente y duradera.

Pilas ácidas y alcalinas de óxido de manganeso: Es de uso común y generalizado en diferentes artefactos, algunas de ellas riesgosas por su contenido de mercurio.
Se encuentran en el mercado en distintos formatos tales como A, AA, AAA.
Categoría: Y29, Y34, Y35

Pilas de níquel-cadmio: Son recargables, contenidas en parte de las baterías usadas para teléfonos celulares, son particularmente dañinos para el medio ambiente debido principalmente a su contenido de cadmio.
Categoría: Y26

Baterías de plomo ácido: Utilizadas mayormente en automotores.
Categoría: Y34, Y31

Pilas de óxido de mercurio: Principalmente de formato botón, utilizadas en equipos especiales (por ejemplo cámaras fotográficas, relojes).
Categoría: Y29



Tipos de Acumuladores


Acumulador de plomo: Está constituido por dos electrodos de plomo que, cuando el aparato está descargado, se encuentra en forma de sulfato de plomo (II)(PbSO4) incrustado en una matriz de plomo metálico (Pb); el electrolito es una disolución de ácido sulfúrico. Este tipo de acumulador se sigue usando aún en muchas aplicaciones, entre ellas en los automóviles. Su funcionamiento es el siguiente:

Durante el proceso de carga inicial el sulfato de plomo (II) es reducido a plomo metal en el polo negativo, mientras que en el ánodo se forma óxido de plomo (IV) (Pb O2). Durante la descarga se invierten los procesos de la carga. El óxido de plomo(IV) es reducido a sulfato de plomo (II) mientras que el plomo elemental es oxidado para dar igualmente sulfato de plomo (II). Los electrones intercambiados se aprovechan en forma de corriente eléctrica por un circuito externo. Se trata por lo tanto de una conmutación. Los procesos elementales que trascurren son los siguientes:
PbO2 + 2H2SO4 + 2e- -> 2H2O + PbSO4 + SO4(-2)
Pb + SO4(-2) -> PbSO4 + 2e-
En la descarga baja la concentración del ácido sulfúrico porque se crea sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua liberada en la reacción. Como el ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad superior al ácido sulfúrico diluido, la densidad del ácido puede servir de indicador para el estado de carga del dispositivo.

Batería alcalina: En 1866 George Leclanché, inventa en Francia la “pila seca” (Zinc-Dióxido de Manganeso). Las pilas alcalinas (de “alta potencia” o “larga vida”) llevan cloruro de sodio o de potasio y duran más porque el zinc no está expuesto a un ambiente ácido como el que provocan los iones amonio en la pila convencional. Como los iones se mueven más fácilmente a través del electrolito, produce más potencia y una corriente más estable.

El voltaje de una pila alcalina es cercano a 1,5 v. Durante la descarga, las reacciones en la celda seca alcalina son :

Ánodo: Zn(S) + 2OH- (ac) -> Zn(OH)2(s) + 2e-
Cátodo: 2MnO2 (S) + 2H2O (l) + 2e- -> 2MnO (OH) (s) + 2 OH-(ac)
Global: Zn(s) +2 MnO2 (s) 2H2O(l) -> Zn(OH)2(ac) + 2MnO(OH) (s)
El ánodo está compuesto de una pasta de zinc amalgamado con mercurio (total 1%), carbono o grafito.

Baterías alcalinas de manganeso: Con un contenido de mercurio que ronda el 0,1% de su peso total. Es una versión mejorada de la pila anterior en la que se ha sustituido el conductor iónico cloruro de amonio por hidróxido potásico. La disposición del zinc y del óxido de manganeso (IV) es la contraria, situándose el zinc, ahora en polvo, en el centro. La cantidad de mercurio empleada para regularizar la descarga es mayor. Esto le confiere mayor duración, más constancia en el tiempo y mejor rendimiento. Suministra una fuerza electromotriz de 1,5 V.

El ánodo es de zinc amalgamado y el cátodo es un material polarizador que es en base a dióxido de manganeso, óxido mercúrico mezclado íntimamente con grafito. El electrolito es una solución de hidróxido potásico (KOH), el cual presenta una resistencia interna bajísima, lo que permite que no se tengan descargas internas y la energía pueda ser acumulada durante mucho tiempo.

Baterías Níquel-Hidruro (Ni-H): Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de metal-hidruro. Cada célula de Ni-H puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,8 y 2,3 Ah.. Su densidad de energía llega a los 80 Wh/kg.

Baterías Níquel-Cadmio (Ni-Cd): Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada para su reutilización. Cada célula de NiCd puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,5 y 2,3 Ah. Su densidad de energía es de 50 Wh/kg.

Baterías Litio-Ion (Li-ion): Las Baterías Litio-Ion (Li-ion) utilizan un ánodo de Litio y un cátodo de Ion. Su densidad es de 115 Wh/kg.

Baterías Polímero de Litio (Li-poli): Son una variación de las Baterías Litio-Ion (Li-ion). Sus características son muy similares pero permiten una mayor densidad de energía, así como una tasa de descarga bastante superior.

Pilas de combustible: La pila de combustible no se trata de acumulador propiamente dicho aunque sí convierte energía química en energía eléctrica y es recargable. Funciona con hidrógeno. (Otros combustibles como el Metano o el Metanol son transformados previamente en hidrógeno).


Diferencia entre una Pila y un Acumulador:

La diferencia principal es que la pila funciona a través de una Reacción Química No Reversible, lo que hace que sean desechables, mientras que los acumuladores lo hacen a través de una Reacción Química Reversible, haciendo que sean recargables suministrándoles corriente. Otra diferencia es que la pila genera energía transformandola de Energía Química a Eléctrica, mientras que los acumuladores solo "guardan" la Energía Electrica.

¿En que consiste el proceso de corrosón y anticorrosión?



Proceso Corrosivo:

La corrosión de un material metálico es la interacción del mismo con el medio que lo rodea, produciendo un deterioro en sus propiedades físicas y químicas, acelerando su envejecimiento y destrucción. Es un proceso natural, en el cual se produce una transformación del elemento metálico a un compuesto más estable, que es un óxido.


Es importante distinguir dos clases de corrosión: la corrosión seca y la corrosión húmeda.


Corrosión Seca: Cuando el ataque se produce por reacción química, sin intervención de corriente eléctrica. A grandes rasgos se produce cuando un material se disuelve en un medio líquido corrosivo hasta que dicho material se consuma o, se sature el líquido.


Corrosión Húmeda: Cuando es de naturaleza electroquímica, es decir que se caracteriza por la aparición de una corriente eléctrica dentro del medio corrosivo. Se produce cuando al poner ciertos metales con alto numero de electrones de valencia, con otros metales, estos tienden a captar dichos electrones libres produciendo corrosión.
La corrosión húmeda se sub-divide a su vez en:

a-. Corrosión microbiológica:
Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Se han identificado algunas especies hidrógeno dependientes que usan el hidrógeno disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su accionar está asociado al pitting (picado) del oxígeno o la presencia de ácido sulfhídrico en el medio. En este caso se clasifican las ferrobacterias.

b.- Corrosión por presiones parciales de oxígeno:

El oxígeno presente en una tubería por ejemplo, está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es más aireada que otra próxima a ella y se forma una pila. El área sujeta a menor aireación (menor presión parcial) actúa como ánodo y la que tiene mayor presencia de oxígeno (mayor presión) actúa como un cátodo y se establece la migración de electrones, formándose óxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxígeno.

c.- Corrosión galvánica:
Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre si actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga el potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción. Este par de metales constituye la llamada pila galvánica. En donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta los electrones.

d.- Corrosión por actividad salina diferenciada:

Este tipo de corrosión se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metálica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos una pila galvánica en donde la superficie expuesta a la menor concentración salina se comporta como un ánodo.




Proceso Anticorrosivo:

Un material anticorrosivo es un material que sirve para proteger una superficie de un proceso de degradación llamado corrosión. La corrosión es un proceso electroquímico complejo y difícil de controlar.
La pintura para metales tiene como principal razón evitar su corrosión. En el mundo se gastan cantidades impresionantes en el control de la corrosión, pues sin control se caerían los puentes , las montañas rusas, los semáforos, los autos, etc. se destruirían, ya que todos se degradarían paulatinamente sin una pintura que los recubra. El proceso de evitar la corrosión de manera más efectiva compete a las técnicas de modificación de superficie.

Existen dos procedimientos electroquímicos para proteger los metales de la corrosión. Uno es el recubrimiento con metales que sean poco reductores (como el niquel) o que su óxido forme una capa impermeable. El otro, la formación de una celda electroquímica entre el metal a proteger y otro que así impide su corrosión.

Procesos electroliticos (mineria)

Entre las aplicaciones de la electrólisis, hay que nombrar:


a.- Los procesos de obtención de elementos:

Como hidrógeno, oxígeno, cloro y metales como el sodio o el magnesio, a partir del agua y de las sales en estado de fusión.




b.-Purificación de metales:

Especialmente cobre, plata, oro y aluminio. El metal a purificar es colocado como polo positivo (ánodo). El paso de la corriente hace que el metal a purificar, como el cobre, y las impurezas menos nobles que él (por ejemplo Zn o Fe) se oxiden y pasen a la disolución como cationes. Las impurezas constituidas por metales más nobles (como Ag o Au) no se oxidan y se acumulan en el fondo de la celda electrolítica. Los iones CU2+ son reducidos en el cátodo pero no pasa así con las impurezas de los metales más activos que quedan en disolución. El cobre se recupera, con un grado de pureza más elevado.



c.- Galvanostegia:

Consiste en el recubrimiento de objetos con una capa metálica depositada electrolíticamente. Generalmente se recubre con metales más nobles y estables, otras veces no lo son tanto. El cromado y niquelado son habituales en las piezas de acero que se exponen a la intemperie (coches, motos, piezas de máquinas, etc.). Los recubrimientos de oro y plata también son muy habituales en relojería y joyería. La pieza a recubrir se coloca como cátodo de la celda electrolítica y es muy conveniente que sea metálica, cosa que le asegura la conductividad eléctrica, aunque, actualmente, existen procedimientos para recubrir piezas no metálicas.


d.- Galvanoplastia:

Consiste en reproducir objetos utilizando la deposición electrolítica de metales pero sobre moldes de metal, cera, plástico, yeso, etc. Los moldes que no sean metálicos se hacen conductores extendiendo sobre su superficie polvos de grafito. Finalmente, el depósito metálico se separa d

el molde y se rellena del material que convenga (yeso, plástico, plomo, etc.). Es un proceso utilizado para reproducir medallas, figuritas, etcétera.


lunes, 26 de noviembre de 2007

Usos de las R.redox en la medicina.

Marcapasos:

El marcapasos es un aparato eléctrico empleado en medicina capaz de acelerar el ritmo cardíaco en caso de una ralentización. Unas células especiales dentro del corazón emiten impulsos eléctricos a los músculos del corazón para que este lata. Estas células se denominan células marcapasos. Si algo previene que las células marcapasos ejecuten su función, su corazón no puede latir normalmente. Los médicos pueden colocar un marcapasos artificial compuesto de electrodos (alambres delgados flexibles) y un generador (baterías).

Los electrodos pueden ser colocados en un vaso sanguíneo de su pecho o cuello, y luego dentro de su corazón. O, el electrodo puede colocarse a través de una incisión (corte) en su pecho y unirse a la superficie externa de su corazón.Un generador para el marcapasos va conectado al electrodo. El generador es la batería proveedora de la energía y el "cerebro" del marcapasos. Un generador puede durar de 5 a 10 años. Después de este tiempo es posible que usted necesite uno nuevo.El marcapasos puede ser necesario, si su corazón palpita, muy rápido o muy despacio. Este puede ser necesario para saber si existe un problema con el latido del corazón y arreglarlo.

¿Qué clase de marcapasos existen? Existen distintas clases de marcapasos. Uno de ellos envía un impulso al corazón para que lata a un ritmo que ha determinado y ordenado su médico. Este se denomina de ritmo fijo. Otra clase, es el que envía el impulso cuando el corazón no lo envía por si mismo. Este se denomina por marcapasos demanda y no interfiere cuando su corazón late por si mismo. Tanto el marcapasos de ritmo fijo, como el de por demanda, pueden ser permanentes (a largo plazo) o provisionales (corto tiempo).



Corazón Artificial:

Las técnicas quirúrgicas se han ido mejorando desde que se hizo el primer transplante de corazón y se han encontrado medicamentos para reducir el riesgo de rechazo de un órgano extraño, fenómeno muy frecuente.

Sin duda, que los transplantes de corazón por donantes han traído serias complicaciones siendo aun así el órgano compatible, por lo que han creado los “corazones artificiales”.

Está constituido por materiales inertes, para que no produzcan ningún tipo de reacción adversa y para que mucho menos sea un agente extraño para el cuerpo humano.

Uno de los problemas más trascendentes que surgieron a la hora de crear un corazón artificial, fue el de la fuente de energía. Una bomba requiere de electricidad que la haga funcionar. Al no poder permanecer conectado el paciente a una toma de corriente, no hay otra alternativa que el uso de baterías. Así fue necesario inventar también una fuente de energía de larga duración, que ocupara poco espacio; o bien que pudiese mantenerse fuera del cuerpo, pero con posibilidad de conectarse con el artefacto que se mantenía adentro. Aquí no pueden darse el lujo de que se acaben las pilas.

Los primeros transplantes artificiales usados, funcionan con baterías externas que se alimentan con corriente, sin necesidad de que el receptor permanezca enchufado a una máquina 24 horas.

domingo, 25 de noviembre de 2007

Conclusiones

Pilas y acumuladores:

Como conclusión a este tema, podríamos decir que las pilas y acumuladores nos han llevado a un mundo de facilidades que antiguamente la gente no se podría imaginar.

Las pilas son dispositivos que generan electricidad a partir de una reacción química directa, impidiendo que se puedan recargar, al contrario que los acumuladores. También podríamos decir que hay muchos tipos de pilas y acumuladores, que se ocupan en diferentes artefactos, dependiendo de la necesidad voltaica que requieran y de su forma. Las más comunes son las Pilas ácidas y alcalinas de óxido de manganeso ocupadas en la mayoría de artefactos relativamente pequeños, como Pendrives, cámaras fotográficas, etc.; las Pilas de óxido de mercurio, que son las ocupadas en mayormente en relojes, los Acumuladores de plomo ocupadas en los automóviles.


Proceso de corrosión y anticorrosión:

La corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o electroquímica con su medio ambiente”. Si tomamos en cuenta esta definición nos daremos cuenta que la corrosión forma parte del quehacer diario. Desgraciadamente, no sufrimos sus efectos hasta que estos se hacen visibles. Un ejemplo común lo constituye la rotura de una tubería de agua. Inicialmente, al abrir el grifo, el agua, en vez de presentar su claridad habitual tiene una cierta tonalidad o coloración castaña. Al probarla, nos parece percibir un sabor que nos recuerda bastante al de las sales de hierro. Ha empezado a atacarse el material base de la tubería galvanizada: el acero de la red de distribución de agua potable.

Aún así, la corrosión es un proceso natural, en el cual se produce una transformación del elemento metálico a un compuesto más estable, que es un óxido.

Es importante distinguir dos clases de corrosión: la Corrosión Seca y la Corrosión Húmeda. La corrosión se llama seca cuando el ataque se produce por reacción química, sin intervención de corriente eléctrica. Se llama húmeda cuando es de naturaleza electroquímica, es decir que se caracteriza por la aparición de una corriente eléctrica dentro del medio corrosivo. Podemos concluir que desde que el hombre empezó a utilizar instrumentos de metal se enfrentó a la corrosión y, aunque con el avance de los conocimientos ha podido defenderse mejor de ella, es un problema permanente. Los países industrializados invierten enormes sumas en la investigación y aplicación de métodos para prevenir la corrosión.


Procesos electrolíticos en la minería:

La metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metals desde minerales metálicos, hasta los no metálicos.

La descomposición electrolítica es la base de un gran número de procesos de extracción y fabricación muy importantes en la industria moderna, permitiendo fabricar aluminio, magnesio y sodio, también para refinar el plomo, el estaño, el cobre, el oro y la plata.

La aplicación industrial electrolítica, también es usada para depositar metales y aleaciones en piezas metálicas que precisen un recubrimiento resistente y duradero.

Por todo esto la descomposición electrolítica es la base de un gran número de procesos de extracción y fabricación muy importantes en la industria moderna.


Redox en la medicina:

Con el transcurso de los años la tecnología nos envuelve con sus avances fugazmente, aportando a distintas áreas como es el caso de la medicina. Está logra que las técnicas medicas mejoren creando así nuevos inventos beneficiosos ayudando al ser humano a tener una mejor calidad de vida. Sin duda, con lo mencionado anteriormente, los descubrimientos físicos y químicos juegan un rol importantísimo en la medicina de hoy en día, sobre todo como es el caso de las reacciones en redox, ya que en el área de las pilas y baterías recargables y de larga duración, se ha podido crear el marcapasos y el corazón artificial. El marcapasos, por sus características de ayudar al corazón para latir más uniformemente ha traído seguridad y bienestar aquellas personas que lo usan, puesto que usa solamente un generador (baterías recargables) y un par de electrodos que pueden ser permanentes o provisorios.

Por otro lado tenemos la gran invención del corazón artificial, remplazando a ese órgano vital de nuestro cuerpo. Muchas personas han podido alargar su vida, exentas del riesgo de rechazo debido a sus materiales inertes. El corazón artificial, esta compuesto por una bomba que requiere electricidad para su funcionamiento, tomando como alternativa el eso de baterías recargadas externamente.