Las pilas Zinc-Carbono o Leclanché

Georges Leclanché
Leclanché fue un ingeniero francés que nació en Parmain (cerca de París) en 1839 y murió el 14 de septiembre de 1882 en París. En 1866 aproximadamente inventó la pila que lleva su nombre la cual le hizo famoso mundialmente. Las pilas cilíndricas tradicionales son un derivado directo de la pila de Leclanché, en las que el electrólito ha sido inmovilizado, y por ello se denominaron pilas secas de Leclanché.

Pila Leclanché o seca
Esta pila pertenece en la clasificación a las pilas primarias, pues es desechable, ademas es de la más conocida y utilizada.

Contiene una disolución conductora (electrolito) de cloruro de amonio, un cátodo (polo positivo) de carbono, un despolarizador de dióxido de manganeso, y un ánodo(terminal negativo) de zinc.
El electrolito es el cloruro de amonio (NH4CI) , frecuentemente llamado sal de amoniaco. El electrodo negativo es de la forma del recipiente y contiene la totalidad de la pila. El elemento positivo tiene una forma similar a una varilla de carbón que se encuentra situada en el centro de la pila. El electrólito está mezclado con almidón o con harina formando una pasta., y cuando éste se seca, la pila deja de funcionar.
Alrededor del electrodo de carbón se coloca una capa de dióxido de manganeso (MnO2) que actúa como despolarizador.

Una pila seca muy conocida es la «pila de transistor» de 9 voltios ( pila PP3 ), constituida internamente por un conjunto estándar de seis células de zinc-carbono o alcalinas, o bien por tres células de litio.
La célula seca estándar de zinc-carbono es relativamente barata y ha sido el tipo de célula más común hasta la actualidad que está siendo reemplazada por el tipo alcalino.




Su funcionamiento esta basado en la oxidación del cinc en medio ligeramente ácido. Por medio de una reacción química la cubierta de zinc atrae electrones y se carga negativamente y el carbón pierde electrones y se carga positivamente. Debido a que la reacción química oxida el zinc la pila tiene una vida limitada. Están compuestas por cinc metálico, cloruro de amonio y dióxido de manganeso. Son las llamadas pilas comunes. Sirven para aparatos sencillos y de poco consumo

Las pilas de petaca están constituidas por 3 pilas Leclanché conectadas en series que producen una fuerza electromotriz de 4,5 voltios.

Las pilas secas alcalinas son de diversos tipos:

• La pila seca zinc manganeso está constituida por 2 electrodos, uno de zinc y otro de MnO2, en medio alcalino y permite mayor diferencia de potencial y duración que la pila Leclanché. Se utiliza como pila de referencia, ya que su potencial se mantiene constante durante largos períodos de tiempo siempre que se trabaje con bajas intensidades.

• La pila seca alcalina Cd-HgO presenta la ventaja adicional de que sus electrodos tan sólo reaccionan al descargarse, por lo que su duración es excepcionalmente larga. Cuando no e utiliza puede llegar a durar hasta 10 años.

http://www.youtube.com/watch?v=kDQTwvp8Rqs
Este video nos muestra detalladamente las partes de la pila Leclanché y abajo nos hace una pequeña explicación de su funcionamiento.


Fuentes
http://www.buenastareas.com/ensayos/Pila-Conceptos-y-Características/935957.html
http://www.mcnbiografias.com/app-bio/do/show?key=leclanche-georges
http://www.coepsa.com.ar/Proy%20basura/Informe_Muestreo_de_Pilas.pdf
http://www.unicrom.com/Tut_comofuncionanbaterias.asp
http://www.slideshare.net/JanoLSK/pila-seca
http://www.buenastareas.com/ensayos/Pila-Seca-o-Leclanché/2661856.html
http://quimicaredox.blogspot.com.es/2007/11/pilas.html
http://www.sapiensman.com/electrotecnia/pilas_y_baterias.htm
http://www.proyectoverde.com/pilas
http://www.porflorida.blogspot.com.es/
http://www.magrama.gob.es/es/calidad-y-evaluacion-ambiental/temas/prevencion-y-gestion-residuos/flujos/pilas-y-acumuladores/

Entropía

Rudolf Clausius descubrió a través de experimentos que en todo proceso reversible, el cociente entre el calor transferido entre el sistema cerrado y su entorno, y su temperatura absoluta, permanece constante. A este factor se asocia una función de estado llamada entropía (S). 
El cambio de entropía se calcula como el calor transferido en el proceso reversible dividido entre la temperatura.
Ludwig Boltzmann relacionó la entropía de un sistema con el grado de desorden que dicho sistema presenta, así enlazó una propiedad como la entropía, con la estructura de la materia a nivel molecular.

Según Boltzmann, los sistemas desordenados tienen una entropía elevada, mientras que los sistemas ordenados tienen una entropía muy baja.
Así, en los estados ocurrirá lo siguiente:
S gas > S líquido > S sólido


La entropía es una función de estado que nos indica el grado de desorden de un sistema, cuando mayor sea la entropía mayor será el desorden de éste.

Esta magnitud está relacionada con la energía libre de Gibbs. Se trata de una magnitud que nos indica la espontaneidad de una reacción. Su fórmula es la siguiente: G= H - TS
Para que un proceso sea espontáneo, la energía libre de Gibbs tiene que ser menor que cero.
La conexión entre la entropía y la espontaneidad de una reacción queda expresada por  la Segunda Ley de la Termodinámica:

Igual que con la entalpía, de la entropía no podemos conocer su valor absoluto pero si su variación, esto lo hacemos a traves de la entropia estandar( Sº ), 
Se conoce como entropía estándar de una sustancia a los valores de entropía medidos a 1 atmósfera de presión y a 25ºC de temperatura, es decir, en condiciones estándar.

La entropía es muy importante pues determina la naturaleza del Universo. Es común en nuestras vidas cotidianas y, está siempre presente, como tantas otras cosas, forma parte de nuestro día a día en el que, siempre estamos tratando de combatir a la entropía destructora. 
Siempre que pensamos en la entropía la asociamos al desorden. 
La entropía global siempre está en constante aumento, causará en algún momento el desplome térmico de todos los biosistemas en el Universo conocido, fenómeno conocido como Muerte Térmica del Biocosmos. Fin del Universo, de la vida, del tiempo y también de la entropía, según el actual modelo cosmológico.

Termoquímica

Para entender este tema es necesario saber de lo que estamos hablando, para ello definiremos termoquimica.
La mayoría de la energía se obtiene de reacciones químicas.
La termoquimica es la parte de la química que se encarga del estudio del intercambio energético de un sistema químico con el exterior.

• Hay sistemas químicos que evolucionan de reactivos a productos desprendiendo energía. Son las reacciones exotérmicas.

• Otros sistemas químicos evolucionan de reactivos a productos precisando energía.Son las reacciones endotérmicas.

Las cantidades de calor producidas al quemarse los combustibles o el valor calorífico de los alimentos son ejemplos muy conocidos de datos termoquímicos.
La termoquímica es parte de una rama mucho más amplia que es la termodinámica la cual describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos.
El calor que se transfiere durante una reacción química depende de la trayectoria seguida puesto que el calor no es una función de estado.
(Función de estado: Variable de estado que depende de su estado final e inicial, no del camino recorrido)
He encontrado un mapa conceptual muy interesante sobre termoquimica:



Los primeros cientificos en acercarse a este concepto fueron los siguientes:


El primero fue Sadi Carnot, pero debido a su muerte por Cólera, la mayoria de sus obras se quemaron y las demas no ejercicieron mucha influencia.

En 1834, Émile Clapeyron escribió un informe en el que hablaba de la posibilidad de intercambiar calor por trabajo y construir un motor de combustión interna; Clapeyron logró calcular cuánto trabajo puede realizar una cierta cantidad de calor.

Tambien fueron importantes los trabajos realizados por Julius von Mayer y James Joule, que buscaron la relacion existente entre calor y trabajo
Mayer trabajaba como médico durante su estancia en las Indias Orientales cuando observó que si hacía más calor, el cuerpo necesitaba quemar menos oxígeno para mantener su temperatura, por lo que la sangre se mantenía oscura. Esto le llevó a pensar en que existía una relación entre calor, trabajo y energía, y que eran intercambiables. 
Ante esto los demas cientificos negaron sus evidecias durante un largo tiempo

Joule para demostrar la relación entre calor y trabajo, midió el aumento de temperatura que producían unas hélices metidas en agua al girar. El giro de estas hélices se producía conectándolas con una pequeña pesa que se dejaba caer. Al disminuir la altura se perdia energia, lo que se traducia en un aumento de temperatura del liquido. Por tanto, trabajo, calor y energía están relacionados.

El estudio de la termodinámica también permitió establecer un criterio claro para entender la temperatura, y permitió la aparición de la escala absoluta de temperaturas o escala Kelvin, creada por Lord Kelvin, asignando un valor de 0ºK a la temperatura a la que no se puede extraer más calor del sistema. Los trabajos de lord Kelvin y Clausius permitieron llegar a los principios clave de la Termodinámica.

La termoquimica está relacionada con otros ambitos como por ejemplo:

con la economia y con el medio ambiente.

Buscando información sobre este tema he encontrado una página muy interesante que hace un resumen global sobre estos dos aspectos : habitat.aq.upm.es/boletin/n5/aaval.html

la relación es unidireccional desde la termodinámica tanto a la economía como a la ecología y vicebersa.

la termodinámica es un campo científico de orden físico que puede operar, dentro del mundo físico y, por extensión, dentro de lo vivo y lo social.

mientras que en lo ecológico y en lo económico, campos de mucha mayor complejidad, los fenómenos propios de la termodinámica son necesarias para su existencia pero no son suficientes para explicarlas y si bien lo ecológico antecede a lo social, éste influye en aquel.

Vivimos en un mundo finito y pequeño para la gente que somos y seremos, y los recursos naturales son un bien escaso. Si queremos sobrevivir, debemos conservarlos y aprender a conservarlos mejor y en este propósito la Termoeconomía jugará un papel clave. Debemos conocer los mecanismos por los cuales la energía y los recursos en general se degradan y debemos también aprender y enseñar a juzgar qué sistemas trabajan mejor con objeto de mejorar sistemáticamente los diseños y reducir el consumo per capita. Además debemos aprender a reutilizar los residuos para evitar daños al ambiente. Esto lo necesitamos urgentemente ya que al menos dos tercios de la humanidad actual vive más pobremente que el mundo desarrollado actual.


Aunque la teoría económica ha tomado muchas ideas de la física de laboratorio,  sin embargo, no tiene en cuenta las leyes de la termodinámica al sostener que una vez alcanzado el equilibrio de mercado, este es estable y permanente. 
La idea que tiene el pensamiento económico del crecimiento constante no tiene en cuenta que los sistemas tienden al caos, al desorden, como expresa la segunda ley de la termodinámica. La economía convencional opera en un sistema perfecto donde los equilibrios son automáticos y donde el costo de muchos factores, especialmente los energéticos, es cero. 


Por este motivo la economía actual va por el camino de lo no sustentable. 
Contra esto, desde la biofísica a la economia ecologica ha comenzado a abrirse un campo que pretende transformar la visión económica tradicional. 
Algunas de estas ideas fueron propuestas por Frederick Soddy, que criticó la miopía de las curvas de oferta y demanda de la teoría económica tradicional por ignorar la riqueza real y su sesgo sistémico.
El principal problema de la economía neoclásica es justamente que trata a la energía como a cualquier otro insumo en sus funciones de producción, lo que ha sido un error fatal. Los recursos no son infinitos y su uso indiscriminado no ha sido advertido.
Los procesos termoquímicos se producen a altas temperaturas y en condiciones variables de oxidación. Esta tecnología se utiliza en casos en los que la masa, permite su transformación en energía a altas velocidades de reacción.
Si el calentamiento de la masa se lleva a cabo con un exceso de aire (combustión),   se obtiene como producto final calor, pudiéndose utilizar éste, bien para la producción de vapor que mueva una turbina (generación de energía eléctrica), o bien directamente en otros procesos.
Pero hay problemas con la combustión, afectan al medio ambiente
Un buen control del exceso de aire en la combustión, de tal forma que se reduzca el % de oxígeno en los gases, ayuda a resolver los dos problemas de contaminación química más importantes de la combustión.

Termoquimica

Esta tarea consiste en crear una entrada de blog en donde respondas a las siguientes cuestiones.

- ¿Qué es la termoquímica?
- ¿Qué científicos importantes trabajaron en termoquímica?
- ¿Qué importancia crees que tiene el estudio de la energía en las reacciones químicas?
- ¿Qué relación crees que tiene la termoquímica con la economía?
- ¿Qué relación tiene la termoquímica con el medio ambiente?. Desarrolla este apartado con detenimiento.

No se trata de responder pregunta por pregunta, se trata de crear un artículo de blog donde se desarrollen las cuestiones anteriores.

Recuerda: si cortas y pegas o sacas información de una página web luego tienes que darle sentido y poner la referencia. Si no tiene sentido no se evalúa.