La pila de un centavo es una pila voltaica que utiliza diversas monedas como discos de metal (centavos) de una pila voltaica tradicional. Las monedas se apilan con trozos de papel empapados en electrolito entre ellas (ver el diagrama a la derecha). El experimento de la pila de un centavo es común durante las unidades de electroquímica en un entorno educativo.
Cada celda de una batería de un centavo puede producir hasta 0,8 voltios y se pueden apilar muchas para producir voltajes más altos. Como la batería es una celda húmeda , la eficacia se reducirá cuando se evapore el electrolito.
Como su nombre lo indica, los centavos canadienses de 1997 a 1999 pueden servir como electrodo de zinc y los centavos de 1942 a 1996 como electrodo de cobre . Alternativamente, los centavos estadounidenses de 1982 a la actualidad pueden usarse como electrodos de zinc y los centavos de 1944 a 1982 como electrodos de cobre. También se pueden usar otras monedas, con resultados variables. [1] [2]
Las baterías convierten la energía química de los dos metales (electrodos) que interactúan con el ácido del cartón (electrolito) en energía eléctrica. En esta situación, la superficie del metal actúa como electrodo y se crea una corriente eléctrica (movimiento de electrones de un metal al otro) cuando el cable conecta ambas superficies metálicas. En la primera hora, una batería de cinco celdas puede proporcionar aproximadamente5 × 10 −4 vatios. Cada celda se define como una pila de una moneda de un centavo de zinc, una de cartón y una de cobre. Cada celda puede proporcionar aproximadamente 0,6 voltios. Esto indica que para alimentar una luz LED, que necesita 1,7 voltios, solo se necesitan utilizar tres celdas. A medida que pasa el tiempo, la cantidad de energía que puede proporcionar la batería disminuye. Una batería de un centavo de cinco celdas puede durar hasta 6+1 ⁄ 2 horas proporcionando un voltaje mínimo. La pila de celdas también se conoce como pila voltaica. [3] [4] [5]
Una pila de un centavo funciona como una pila voltaica estándar y se alimenta mediante una reacción redox entre el zinc y el ácido. Los electrones fluyen a través de la solución electrolítica desde el zinc hacia el cobre porque el zinc tiene una actividad mayor que el cobre. [6] El ácido libera iones de hidrógeno cargados positivamente que se combinan con estos electrones para formar gas hidrógeno , que escapa a la atmósfera. La liberación de gas se corresponde con un gran aumento de la entropía , lo que hace que la reacción sea irreversible .
La reacción se puede escribir como dos reacciones separadas en diferentes regiones de la célula o como una reacción general. Las reacciones que se muestran aquí utilizan ácido acético , pero también se pueden utilizar otros ácidos.
A pesar de que a menudo están hechas de materiales similares, este no es el mismo mecanismo que alimenta una celda galvánica . Ambos tipos de celda pueden usar ácido como electrolito, cobre como cátodo y zinc como ánodo y como sustancia a oxidar. Sin embargo, hacen que se reduzcan sustancias diferentes: las pilas voltaicas reducen el ácido y las celdas galvánicas reducen el cobre. Esto se debe a que las celdas galvánicas contienen iones de cobre disueltos, que pueden reducirse para formar el metal de cobre más estable. Las pilas voltaicas, como la batería de un centavo, comienzan con todo su metal en forma sólida, por lo que no contienen iones de cobre disueltos que puedan reducirse.