Química y funcionamiento de una Pila

El módulo Química de una Pila le proporcionará una visión general de los distintos ingredientes que hay en una pila.

Ánodo
El ánodo en una pila alcalina está compuesto de metal de zinc (Zn).

El ánodo es el polo con carga negativa y está conectado al terminal (-) de una pila terminada.

El zinc tiene la tendencia a perder electrones cuando entra en reacción. Por lo tanto, durante una reacción química, el ánodo (zinc) libera electrones al circuito externo. Esta pérdida de electrones es denominada oxidación y ocurre en el ánodo. La reacción neta del ánodo convierte el metal de zinc en óxido de zinc.

La reacción química que ocurre en el ánodo es como sigue:

Zn + 2 OH- es transformado en ZnO + H2O + 2e-

Cátodo
El cátodo en una pila alcalina está compuesto de dióxido de manganeso (MnO2).

El cátodo es el polo con carga positiva y está conectado al terminal (+) de una pila terminada.

El dióxido de manganeso tiene la tendencia a ganar electrones cuando entra en reacción. Por lo tanto, durante una reacción química, el cátodo (dióxido de manganeso) gana electrones. El proceso de ganar electrones se denomina reducción. La reacción neta del cátodo convierte el dióxido de manganeso a una forma reducida.

Esta reacción libera hidróxido en el electrolito. Para equilibrar esta reacción con la reacción del ánodo, deben reaccionar dos moléculas de MnO2 por cada átomo de zinc.

La reacción química que ocurre en el cátodo es como sigue:

MnO2 + H2O + e- es transformado en MnOOH + OH-

Electrolito
El electrolito en una pila alcalina es una solución acuosa compuesta de hidróxido de potasio (KOH).

El electrolito es un material no metálico que conduce electricidad (corriente eléctrica) en forma de iones, no de electrones. Conduce la corriente iónica dentro de la pila entre el cátodo y el ánodo.

Dentro de una pila existen dos tipos de corriente eléctrica --electrones en los electrodos (ánodo y cátodo) y flujo de iones en el electrolito. Fuera de la pila, hay sólo flujo de electrones en el circuito externo. El flujo de electrones debe ser igual al flujo de iones para mantener un equilibrio.

La Reacción Química
Las pilas pueden parecer sencillas, pero proporcionar energía empacada constituye un proceso electroquímico muy complicado.

La corriente eléctrica en forma de electrones comienza a fluir en el circuito externo cuando el artefacto, en este caso una bombilla, es encendido. En ese momento, el material del ánodo, el zinc (Zn), cede dos electrones (e-) por átomo en un proceso denominado oxidación, dejando atrás el zinc que contiene iones, lo cual eventualmente forma el óxido de zinc (ZnO).

Los electrones entran al cátodo donde reaccionan con el MnO2 y el H+ del agua para formar el MnOOH. La división del H+ de una molécula de agua genera la producción de iones de OH-. Se completa el circuito interno cuando los iones de hidróxido producidos en esta reacción en el cátodo fluyen hacia el ánodo en forma de corriente iónica. Allí son consumidos para formar complejos iones de zinc que finalmente se descomponen para formar óxido de zinc y agua.