CELDA HUMEDA PRIMARIA BASICA
Después de que Alessandro Volta construyó
su primera batería, continuó experimentando
con metales y productos químicos. Así observó
que cuando colocaba dos metales diferentes en ciertas soluciones
químicas, podía producir electricidad. Esta
es la celda húmeda primaria básica. En su
honor, se le llama generalmente celda voltaica; sin embargo,
a veces también se le llama celda galvánica,
en honor de Galvani. Los metales de una celda reciben el
nombre de electrodos y la solución química
se llama electrolito o electrólito. El electrolito
reacciona de manera opuesta con cada uno de los dos electrodos
distintos. Hace que un electrodo pierda electrones y produzca
una carga positiva; y también hace que el otro electrodo
acumule un sobrante de electrones con lo que produce una
carga negativa. La diferencia de potencial que se produce
entre las dos cargas de los electrodos es el voltaje de
la celda.
En la batería básica que se
estudiará en las siguientes páginas, se usan
electrodos de cobre y cinc y tiene electrolito de ácido
sulfúrico mezclado con agua. En realidad, según
se verá posteriormente se pueden usar diferentes
metales y productos químicos.
CÓMO SE PRODUCE UN VOLTAJE
El ácido sulfúrico mezclado
con agua se divide en iones hidrógeno y iones sulfato.
Se producen dos iones hidrógeno positivos, por cada
ion de sulfato negativo; pero cada ion hidrógeno
tiene una carga positiva (H’), en tanto que cada ion sulfato
tiene dos cargas negativas (SO4 2). Por lo tanto, toda la
solución es neutra. Cuando el electrodo de cinc se
coloca en la solución, los iones sulfato atacan al
cinc, haciendo que sus átomos liberen electrones.
Los iones sulfato negativos atraen a los iones positivos
de cinc (Zn+2) del electrodo, pero los electrones liberados
por los átomos de cinc permanecen en él. Así
pues, el electrodo de cinc produce electrones sobrantes
y origina una carga negativa. Cuando ha originado una carga
negativa suficiente, el electrodo de cinc repele a los iones
sulfato para evitar toda actividad ulterior. Entonces, los
iones cinc se combinan con los iones sulfato para formar
moléculas neutras de sulfato de cinc. Entonces el
electrolito tiene entonces más cargas positivas que
negativas y, como resultado, cuando se coloca el cobre en
el electrolito, los iones hidrógeno positivos atraen
a los electrones libres del cobre. Estos electrones se combinan
con los átomos de hidrógeno para neutralizarlos.
La actividad continúa hasta que se han neutralizado
iones de hidrógeno en número suficiente para
que el electrolito sea nuevamente neutro. Debido a esto,
en el electrodo de cobre se pl-oduce un faltante de electrones
y, en consecuencia, una carga positiva. La diferencia de
potencial existente entre el electrodo positivo y el electrodo
negativo produce un voltaje en los electrodos.
SUMINISTRO DE CORRIENTE
El valor del voltaje que se origina en la
celda básica depende de los materiales usados para
los electrodos y el electrolito. En el caso de celda clásica
de cinc-cobre, el voltaje es de aproximadamente 1.08 volts.
Una vez alcanzado este valor, la actividad química
no cesa hasta que se conecta una carga a los electrodos.
Entonces, fluyen electrones del electrodo negativo hacia
el electrodo positivo y pasando a través de la carga.
Cuando los electrones salen del electrodo de cinc, su carga
negativa se reduce, y de este modo es posible que los iones
sulfato negativos que hay en el electrolito ataquen nuevamente
al electrodo. Más átomos de cinc liberan electrones
para reabastecer al electrodo. Los nuevos iones positivos
de cinc se combinan con los iones sulfato negativos del
electrolito para nuevamente formar sulfato de cinc. El electrolito
produce otra vez un exceso de iones hidrógeno positivos,
que son atraídos hacia el electrodo de cobre; ahí
se combinan con electrones libres hasta que el electrolito
se neutraliza una vez más. La actividad continúa
en esta forma: los electrones salen del electrodo negativo
de cinc y fluyen a través de la carga hacia el electrodo
positivo de cobre; los electrones que salen del cinc son
substituidos por los que libera el sulfato de cinc; y los
electrones que entran al cobre substituyen a los que han
salido de él para neutralizar los iones hidrógeno.
De esta manera, la carga de cada electrodo se mantiene casi
constante y el voltaje de las terminales permanece constante
mientras la celda transmite corriente.
ACTIVIDAD INTERNA
La actividad química en la celda
húmeda primaria básica debe cesar cuando la
celda transmite corriente. Sin embargo, esto no siempre
sucede así, ya que existen algunas impurezas en el
material del electrodo, por ejemplo hierro (Fe) y carbono
(C). Estas impurezas reaccionan con el cinc y el electrolito
formando muchas celdas pequeñas que producen corrientes
eléctricas internas cerca del electrodo de cinc.
Esta actividad interna ocurre en la celda independientemente
de que ésta emita o deje de emitir corriente. Como
resultado, el electrolito y los electrodos se consumen innecesariamente
y la batería no tendrá la duración
debida. Para reducir la magnitud de la actividad interna,
se reviste con mercurio la superficie del electrodo de cinc.
A este proceso se le llama amalgamación. El cinc
se disuelve en el mercurio pero sigue libre para combinarse
con el electrolito. Sin embargo, las impurezas no se disuelven
en el mercurio, sino que quedan cubiertas por él,
con lo cual quedan aisladas del electrolito. En consecuencia,
no se pueden combinar con el electrolito para producir actividad
interna. (no es el ultimopunto) ---Mas---
