Experimento 7

Parte a

¿Cómo es una pila?

Misterios de la vida cotidiana...

Objetivos:

            Que identifiques los distintos componentes de una pila comercial y que puedas relacionar sus funciones con los conceptos aprendidos en la teoría de las reacciones redox: electrodos, electrolito, sustancia oxidante y sustancia reductora.

Materiales del hogar:

            1 pila común de zinc/carbono (¡¡no alcalina!!) y todo lo que haga falta para abrirla (los autores de esta propuesta lo lograron utilizando tenazas y tijeras de hojalatero). Agua oxigenada (H2O2) de 20 volúmenes (comercial).

Introducción:

            Una pila es, ni más ni menos, una reacción química “en potencia”, lista para entrar en acción. Está diseñada para ser descargada a través de un circuito externo; es simplemente una reacción redox en la cual los electrones circulan por afuera, y van de un electrodo al otro. En esos electrodos se producen las reacciones. Así que están presentes todos los elementos de una reacción electroquímica: oxidante (en el cátodo), reductor (en el ánodo), electrolito (en toda la pila) y electrodos. En este experimento te familiarizarás con los componentes de una pila y tratarás de identificar las reacciones que en ella ocurren.

Materiales:

            pH metro

            Tubos de ensayo.

            Vaso de precipitados de 100 mL

            Varilla de vidrio o plástico.

            Solución diluida de NaHCO3.

Procedimiento:

            Desarma la pila e identifica sus partes con las esquematizadas en la figura. Busca dónde están conectados los polos y con qué están relacionados (¿Qué signo tienen? Fíjate en la etiqueta).

Observa que el vaso exterior (hecho de Zn) es uno de los electrodos. El otro es una barra de pasta de grafito. En medio de ambos se encuentra una pasta negra (el electrolito). Huélela con cuidado. Suspende un poco de la pasta en agua y mide el pH de la solución sobrenadante.

 

           

 

 

 

 

Para separar el oxidante (MnO2), vierte agua dentro del vaso de precipitados y suspende allí la pasta.

Agita con la varilla por un rato y lava. Repite esta operación hasta que decante un polvo negro (es decir hasta que a la pasta se le vaya el aspecto “pastoso”).

Vuelca parte del sobrenadante en un tubo de ensayo y mide el pH.

Para comprobar la presencia de amonio, agrega unas gotas de solución de bicarbonato de sodio y huele cuidadosamente.

Podemos detectar la presencia del oxidante (reiteramos que en este caso se trata de MnO2) haciéndolo reaccionar con agua oxigenada: agrega una pequeña cantidad del polvo negro obtenido y 2 mL de H2O2 comercial (20 volúmenes) a un tubo de ensayos (la reacción ocurre mejor en medio ácido). La liberación de burbujas (se trata de oxígeno) indica que el MnO2 funciona como oxidante. Plantea la reacción que ocurre.

 

Experimento 7

Parte b

 

Dame un limón...

...para prender la calculadora. La pila ecológica.

 

Objetivos:

            Mostrarte la cotidianeidad de la química, sus consecuencias prácticas y otra identificación de pilas y sus componentes, esta vez en un marco “natural”.

Materiales del hogar:

            Un limón, o mejor, varios.

            Algún artefacto electrónico que requiera de 1 a 3 V y baja potencia para funcionar (reloj, calculadora).

            De ser posible, un tester.

 Introducción:

             No todas las pilas son como la de Zn/C que viste en el experimento anterior. Para fabricar una, sólo necesitas tener una especie que pueda oxidar a otra y una manera de separar las reacciones.

            En este caso, aprovecharás dos cosas: por un lado, los diferentes potenciales de reducción de dos metales conocidos, y por otro, el contenido normal de sales de un organismo viviente: un limón, por ejemplo. Éste nos proporcionará iones Cu(II) y Fe(II) para hacer funcionar la pila.

Materiales:

Electrodos de Cu y Zn. Puedes intentar también con electrodos de Fe.

Lámpara de linterna.

Cables y conectores.

Procedimiento:

            Pincha los electrodos (uno de Cu y otro de Zn) en el limón y cierra el circuito con la lamparita, que debería prenderse.

Discute, en base a lo que sabes de reacciones redox, cuáles son los electrodos, los procesos que ocurren, el electrolito y el puente salino, y describe la pila.

Compárala con la del caso anterior.

¿De dónde salen los iones Cu(II) y Zn(II)?

En caso de que no prenda:

La pila del limón

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Complemento:

            Puedes reemplazar el limón por una papa, o por un cactus con idéntico resultado. Con dos juegos de electrodos (se pueden fabricar con un simple alambre de cobre) en una papa es posible hacer funcionar durante un buen rato un reloj digital, lo que lo hace un bonito regalo para el día de la Madre!

Pueden fabricarse electrodos variados. El jugo también es interesante como medio de reacción; en este caso, una pila fabricada con un electrodo de Mg (se hace a partir de cinta de Mg) y una solución de Mg2+ desarrolla un potencial más alto (ver la Introducción).

Para que la pila del limón funcione mejor con los electrodos de Zn0, que pueden fabricarse a partir de los restos de una simple pila de Zn/C, conviene sumergirlos un rato antes en el limón, permitiendo disolver algo de Zn, según:

2 H+ (ac) + Zn0 → H2 (g) + Zn2+ (ac)

(Los protones son aportados por el medio ácido dentro del limón).

Experimento 7

Parte c

 

Escribiendo con las pilas.

La electrólisis en una servilleta.

 

Objetivos:

            Que observes la electrólisis del agua en un medio inusual y aproveches reacciones coloreadas relacionadas.

Materiales del Hogar:

            Batería de 9 V.

            Papel blanco.

            Servilletas de papel.

            Sal (no usar sal iodada, porque da otra reacción). Advertencia: para evitar la humedad la sal de mesa puede contener bicarbonato; esto arruinará el experimento (¿por qué?).

Introducción:

            Las reacciones redox pueden llevarse a cabo en sentido contrario al de su dirección espontánea. Este proceso, la electrólisis, consiste en entregar energía suficiente al sistema para lograr el objetivo mencionado, por medio de una pila, una batería o de cualquier otra fuente de corriente continua (como la obtenida a la salida de un transformador, por ejemplo).

            En el caso del agua, al conectar una  pila a dos electrodos se producen dos reacciones inusuales (ver, por ejemplo el caso de la  oxidación de la virulana, en el que ocurrían las reacciones inversas):

Cátodo:           2H+ (ac) + 2e → H2 (g)

Ánodo:            2 H2O    →  4H+ (ac) + 4e + O2 (g)

            Observa que ambas reacciones modifican el pH del medio (entregan o se llevan protones cerca del electrodo).

En el caso que nos ocupa, electrolizaremos agua, obteniendo como productos hidrógeno y oxígeno gaseosos.

Pero necesitamos un medio conductor y que alguien conduzca la corriente. El agua no es suficientemente buena (¿Cuál es la conductividad del agua ?). Por eso, agregamos sal de mesa (NaCl) la cual no sufre procesos de óxido-reducción (bueno, casi...).

Materiales:

            Solución de fenolftaleína.

            Cables y conectores.

            papel de filtro (puede reemplazar a la servilleta)

Desarrollo:

            Extiende la servilleta de papel sobre una superficie lisa y plana, colocando una pequeña cantidad de sal sobre la servilleta (aprox. del tamaño de una aspirina). Agrega unas gotas de fenolftaleína.

A continuación, disuelve la sal con un chorrito de agua.

Cubre con el papel blanco para evitar chorreaduras mayores. Si quieres, puedes colocar otra servilleta sobre el papel blanco.

Finalmente, apoya la batería sobre el papel y observa lo que ocurre. ¿Qué reacción es responsable del color? ¿Sobre qué electrodo se produce?

Complemento:

             Puedes construir un lápiz electroquímico mediante un dispositivo más sofisticado. Conecta uno de los terminales de la batería a una plancha de papel de aluminio bien fijada sobre una superficie plana, y monta el dispositivo servilleta / sal / papel /servilleta (para darle más firmeza, puedes reemplazar la servilleta de papel por papel de filtro. Fíjate en la figura).

Puedes conectar el otro terminal de la batería a un cable que termine en el "lápiz eléctrico", formado con un tubo de vidrio, o de bolígrafo, como puedes ver en el dibujo.

            También puedes reemplazar la solución de fenolftaleína por un algún laxante que la contenga como principio activo. Sólo hay que moler un poco de la tableta,  mezclarla con la sal y seguir el experimento.