Pila

Si conectamos un trozo de cable a un montaje para que produzca una corriente eléctrica en el cable, podemos utilizar la corriente para realizar trabajo útil. Por ejemplo, podríamos colocar un cable portador de corriente en un campo magnético; esto originaría una fuerza sobre el cable, proporcionándonos un motor.  En un cable de resistencia R que transporta una corriente I, existe una caída de potencial eléctrico Δɸ  entre sus extremos, donde Δɸ viene dado por la <<ley de Ohm >> como IΔɸI = IR. Esta diferencia de potencial corresponde a un campo eléctrico en el cable, hace que lo electrones fluyan. Para generar una corriente en el cable, necesitamos un montaje que mantenga una diferencia en el potencial eléctrica entre sus terminales de salida. Cualquier montaje de este tipo se denomina fuente de corriente electromotriz (fem).

La fuerza electromotriz (fem) de una fuente de fem se define como la diferencia de potencial entre sus terminales cuando la resistencia R del circuito conectado a los terminales tiende a infinito (y por tanto la corriente tiende a cero). Es decir, la fem es la diferencia de potencial entre los terminales con el circuito abierto.

Un tipo de fuente de fem es una pila galvánica (ó voltaica). Es un sistema electroquímico multifásico en el que las diferencias de potencial en las interfaces originan una diferencia de potencial neta entre los terminales. Las diferencias de potencial  entre fases resultan de la transferencia de especies químicas entre ellas y una pila galvánica transforma energía química en energía eléctrica. Las fases de la pila galvánica deben ser conductores eléctricos; de otro modo, no podría fluir una corriente continua.

Los elementos principales de una pila son dos materiales a los que llamaremos electrodos: uno de ellos tenderá a sufrir la reacción química, antes descrita, de producir electrones (reacción denominada oxidación) y otro a sufrir la reacción contraria, es decir, a absorber dichos electrones (reacción denominada reducción). Estas reacciones químicas en las que intervienen electrones se denominan reacciones de reducción-oxidación o de forma abreviada, redox. También hablamos de reacciones electroquímicas, ya que se utiliza la corriente eléctrica para producir cambios químicos. Tales como los siguientes. Los materiales que utiliza una pila alcalina son el zinc y el dióxido de manganeso (MnO₂). El zinc metálico perderá electrones pasando a zinc catión como ya se ha mostrado anteriormente. El caso del manganeso es un poco más complejo: en el dióxido de manganeso, este metal tiene un estado de oxidación de +4 (esto quiere decir que si formara un catión estable sería el Mn⁴⁺) que queda cubierto con dos átomos de oxígeno (estado de oxidación –2). Cuando el manganeso sufre la reacción de reducción pasa a un estado de oxidación de +3 cubriéndose con un oxígeno y un grupo OH (estado de oxidación –1). El compuesto resultante es MnOOH (Mn=+3, O=-2, OH=-1). Sin embargo, la reacción electroquímica que se produce y que recoge los electrones, es la del paso de Mn(IV) a Mn(III), que como en el caso del cobre (de Cu²⁺ a Cu), es una reducción. El electrolito que se usa es agua con KOH disuelto (en realidad K⁺ y OH^-) para permitir la conductividad iónica.

Bibliografía:
Ira N. Levine, Fisicoquímica Vol.2, España 2004. Mc GRAW-HILL.

Bibliografía Electronica:
http://www.cienciateca.com/MatrixPilas.html