martes, 11 de noviembre de 2008

WEBQUEST: EFECTOS QUÍMICOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA. ELECTROLISIS, PILAS Y ACUMULADORES.



INTRODUCCIÓN.

Esta WEBQUEST está dirigida a alumnos de Enseñanzas Secundarias (obligatorias y post-obligatorias), pretendiendo con ella que los alumnos investiguen acerca de los fenómenos que se dan al aplicar corrientes eléctricas a disoluciones químicas, tales como la electrólisis, y la utilidad práctica que estos fenómenos tienen en la vida diaria.

En nuestro día a día utilizamos aparatos y equipos con distintas finalidades alimentados por pilas y baterías sin preguntarnos cómo es realmente la fuente de alimentación que los hace funcionar. También nos cruzamos por la calle con semáforos, vallas y estructuras a la intemperie sin reparar en porqué esos elementos pueden resistir la corrosión durante largo tiempo.

Con este trabajo vamos a intentar responder a estas preguntas y descubrir la prevalencia real de hechos científicos a los que no les damos la importancia debida.

Si llenamos un pequeño recipiente con agua lo más pura posible (agua destilada) e introducimos un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación de corriente continua, podemos comprobar con un amperímetro conectado en serie como en este caso no pasa corriente por el circuito.
Si a continuación diluimos en el agua unas gotas de ácido sulfúrico, de ácido clorhídrico o unas sales podemos comprobar que ahora sí pasa corriente y que en ambos electrodos se forman burbujas.
De la experiencia anterior se deduce que el agua pura tiene una resistencia eléctrica muy elevada y que por tanto no conduce la corriente eléctrica. Sin embargo al añadir ácidos o sales al agua conseguimos que la disolución resultante sea conductora de la electricidad.
A los líquidos que permiten el paso de la corriente eléctrica se les denomina electrólitos.
A los electrodos que están sumergidos en el electrólito se les da el nombre de ánodo cuando están conectados al positivo y de cátodo cuando están conectados al negativo.
En el laboratorio todos los grupos comprobaremos fácilmente como si hacemos pasar corriente por un electrólito durante un tiempo el ánodo disminuye de peso, mientras que el cátodo gana peso. También observaremos el burbujeo que se produce y que se debe a la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno.
A este fenómeno de descomposición que se da en los electrólitos cuando son recorridos por una corriente eléctrica se les denomina electrólisis.
Este transporte de materia que se produce en los electrólitos al ser atravesados por una corriente eléctrica tiene multitud de aplicaciones como son la obtención de metales, el anodizado, la descomposición del agua, la separación de metales por electrólisis, el refinado de metales, los recubrimientos galvánicos consistentes en depositar un fino baño de cinc, estaño, cromo, níquel, plata, oro, etc., en un cuerpo conductor.
Las pilas y acumuladores son generadores que, aprovechando la energía que se desarrolla en determinadas reacciones químicas, producen electricidad.
Podemos fabricar una pila sencilla introduciendo una barra de cobre y una barra de zinc em una disolución de agua con unas gotas de ácido sulfúrico. Conectaremos los terminales de ambas barras a un voltímetro.
El ácido sulfúrico disuelve las barras de zinc y cobre, pasando sus átomos a la disolución. Por un lado, el zinc cede átomos a la disolución, dejando acumulados gran cantidad de sus electrones en la barra de zinc. Con la barra de cobre pasa algo parecido, pero en ella se acumulan muchos menos electrones. El resultado es que la barra de cinc se hace mucho más negativa que la barra de cobre, apareciendo una diferencia de cargas o tensión eléctrica entre las dos barras.
Mientras exista material activo en las barras para disolverse, esta pila elemental producirá fuerza electromotriz, pero la pila deja de ser útil cuando se agotan dichos materiales.
Sin embargo los acumuladores eléctricos como los que constituyen las baterías de los automóviles se pueden recargar una vez agotados, basta con hacerles pasar una corriente eléctrica cuando están descargados. Esto se consigue conectándolos a una fuente de energía eléctrica.



TAREA.

La tarea consiste en la realización de un trabajo compuesto por la entrega de un documento escrito, una exposición oral y la realización de una actividad a elegir entre tres actividades propuestas.
Este trabajo se realizará de forma interdisciplinar entre el Área de Ciencias (Física y Química) y el Área de Tecnología.
A partir de la introducción anterior en la que os he expuesto el principio de funcionamiento del fenómeno de la electrólisis y de las pilas y los acumuladores deberéis realizar un trabajo por grupos de cuatro personas.
Cada grupo entregará este trabajo en un documento en formato WORD o pdf, y a continuación preparará una exposición en PowerPoint para el resto de la clase.
El trabajo deberá dar especial importancia a las aplicaciones prácticas que tienen en nuestra vida cotidiana fenómenos como la electrólisis y las pilas y acumuladores.
Asímismo cada grupo deberá llevar a cabo una actividad a elegir de entre las tres actividades propuestas siguientes:

  • Actividad Propuesta 1: Conseguir catálogos comerciales de diferentes pilas y acumuladores, analizar sus características y clasificarlos por campo de aplicación.

  • Actividad Propuesta 2 (a realizar en el Laboratorio el día de la exposición): Conectar un acumulador a una carga y medir la tensión y la corriente. Después mediréis con un voltímetro la f.e.m. del acumulador, para lo cual habrá que retirar la carga. Con los datos obtenidos en el ensayo determinaréis: resistencia interna, caída de tensión, potencia útil, potencia total, potencia perdida y rendimiento del acumulador.

  • Actividad Propuesta 3 (a realizar en el Laboratorio el día de la exposición): Conectar varios acumuladores o pilas en serie y comprobar mediante un voltímetro el aumento de tensión conseguido. Repetiréis la misma operación conectando los acumuladores en paralelo y suministrando energía a una carga, comprobando cómo se reparte la corriente total entre cada uno de los mismos.


PROCESO.


Debeis organizar el trabajo entre los miembros del grupo, si bien es necesario que en la exposición participen todos los alumnos de cada grupo.


En el trabajo se tratarán los siguientes contenidos mínimos, valorándose muy positivamente la introducción adicional de otros por vuestra parte:


1. Descubrimiento de la Electrólisis (¿a quién debemos este hallazgo científico?).
2. Descripción del fenómeno de la Electrólisis.
3. Aplicaciones prácticas en nuestros días del fenómeno de la electrólisis.
3.1. Recubrimientos galvánicos.
4. Pilas eléctricas.
4.1. Características fundamentales de las pilas eléctricas.
4.2. Tipos de pilas eléctricas.
5. Acumuladores.
5.1. Acumuladores de plomo.
5.2. Constitución de un acumulador.
5.3. Capacidad de un acumulador.
5.4. Tensión y corriente de carga de un acumulador.
5.5. Tensión y corriente de descarga de un acumulador.
5.6. Resistencia interna de un acumulador.
5.7. Vida de un acumulador.
5.8. Autodescarga de un acumulador.
5.9. Acumuladores alcalinos.
6. Conexión de pilas y acumuladores.
6.1. Tensión en bornes de un generador.
6.2. Potencia de un generador.
6.3. Rendimiento eléctrico de un generador.
6.4. Conexión de generadores en serie.
6.5. Conexión de generadores en paralelo.



RECURSOS.


Tenéis muchas fuentes de información a vuestro alcance para cubrir con éxito los objetivos fijados y realizar el trabajo.


Entre otros, podéis disponer de todos los libros que puede aportar el Centro, y que van desde los de carácter general hasta otros más especializados dentro del campo de la Electrotecnia.
En Internet podéis apoyaros en las siguientes páginas:


http://html.rincondelvago.com/electrolisis_4.html
http://www.fisicanet.com.ar/quimica/electrolisis/ap01_electrolisis.php
http://es.wikipedia.org/wiki/Celda_galv%C3%A1nica
http://molet.osvaldobustos.com.ar/educativo/Fichas/ficha%20faraday.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/Electrolysis_of_water
http://en.wikipedia.org/wiki/Electrolysis
http://www.istas.net/fittema/att/li1.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Anodizado
http://www.coatfab.com/anodising.htm
http://www.portalplanetasedna.com.ar/pilas.htm
http://html.rincondelvago.com/acumuladores.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3lisis
http://enciclopedia.us.es/index.php/Electr%C3%B3lisis

http://www.manueljodar.com/pua/pua5.htm
http://html.rincondelvago.com/metales-no-ferricos.html


EVALUACIÓN.


La valoración máxima que se puede obtener es de 10 puntos. Cada una de las tres partes contribuirá a esta nota de la forma siguiente:


· Trabajo escrito: 4 puntos.
· Exposición y Presentación: 4 puntos.
· Realización de una de las tres actividades propuestas: 2 puntos.

Recordad que en la Exposición es necesario que intervengan todos los miembros de cada grupo.



CONCLUSIÓN.


Al finalizar este trabajo los alumnos deberán tener una idea clara de la importancia práctica en nuestra vida cotidiana del fenómeno de la electrólisis, de las pilas y de los acumuladores, así como entender los Principios Físico-Químicos que rigen su funcionamiento.


Se elegirá alguno de los trabajos elaborados para colgarlo en Internet a disposición de la comunidad educativa.


Una vez concluidas las actividades anteriores se llevará a cabo un debate en el que todos los grupos comentarán sus problemas a la hora de resolver el trabajo y las distintas soluciones que han adoptado.


1 comentario:

Biela dijo...

Es muy sencillo, sin pretensiones complejas, un buen comienzo para tener un blog complejo y lleno de contenidos. Parece que está bien hilado.