Cambio de electricidad a energia quimica

Introducción

Los seres humanos nos hemos servido por un largo tiempo de la extracción de una gran variedad de recursos que la naturaleza nos ha proporcionado de manera gradual y única, en formas sumamente intrigantes, los cuales son recolectados en grandes magnitudes, para así ser utilizados como materia prima en la elaboración de productos y sistemas que facilitan la vida del mismo ser en la época contemporánea.

Sin embrago, la naturaleza no se vale únicamente de materiales concretos para componer los ecosistemas existentes, ni mucho menos los factores abióticos que rodean la biosfera para proporcionarnos tales bienes, sino que desencadena una serie incalculable de fenómenos que, a la vista del hombre, son un punto de fuerte interés para diferentes sectores del conocimiento científico, como la Física y la Química.

En este proyecto se hará una aplicación teórica y una aplicación práctica a cerca de la función de dichos fenómenos, específicamente del cambio de energía; se dará como base del tema el cambio existente de la energía eléctrica a la energía química, y viceversa, en relación a las teorías congruentes de los electrolitos químicos y la capacidad física de ciertas sustancias para conducir una corriente eléctrica, o meramente generar energía pura, todo esto dentro de un sistema integrador que respalde las teorías previas al experimento en cuestión.

Dentro del campo de las ciencias físicas –concernientes al estudio de los cambios, fenómenos y formas que asume la materia sin altera su composición interna- a cerca de este tipo de cambios físicos en la materia existente, se encontrarán temáticas como la energía y las leyes de conservación de la misma, los tipos de fuentes energéticas, las teorías relacionadas con el manejo y estudio de la electricidad, la relación entre el manejo de la corriente eléctrica y la producción de una fuente energética, y por consiguiente, los usos que la electricidad posee para con el consumo de los seres humanos.

Por otro lado, le serán concernientes al campo de la Química temas como la composición atómica de los elementos, las reacciones de óxido-reducción, los tipos de cambio químico, las propiedades del agua, la formación de sales y electrolitos, las fuentes de energías y los catalizadores de una reacción, el uso de los componentes del agua en diferentes sectores, el aprovechamiento de la química dentro del mundo de las fuentes energéticas y las formas en que la energía química puede relacionarse con la corriente eléctrica.

Así pues, sin otro particular en cuestión, se pide la lectura atenta y consiente de este marco teórico.

El gran cambio de energía

El mundo que gira a nuestro alrededor se ve en un constante estado de cambio, nada en el se muestra perpetuo; dada esta condición, los cambios del mismo pueden variar de formas completamente inimaginable. Los cambios físicos de la materia constituyen una buena parte de esta clase de cambios, y de esta misma, la energía juega un papel fundamental como integradora de las leyes básicas de la naturaleza.

El fenómeno a investigar

La energía se interpreta como la capacidad de ejercer una acción de trabajo, aplíquese esta por un ser o un sistema dentro de una situación específica; la energía puede transformarse de una forma a otra, (puesto que no se crea ni se destruye) y una de las formas de la misma es la energía eléctrica. La energía eléctrica es la fuente energética que se vale del uso de una corriente eléctrica para generar una acción de trabajo, y esta misma puede pasar a ser otro tipo de energía, en este caso, energía química. Dentro de este proyecto se integraran sistemas experimentales, marcos teóricos y conclusiones integradoras a cerca de este fenómeno físico-químico.

Conocimiento previo

Física

• La energía es la capacidad de un ser o de un sistema para ejercer una acción de trabajo, conservándose así mismo por la transición de una modalidad de la energía a otra, es decir, que la energía permanece constante en el medio, ya que simplemente cambia de forma. En otras palabras, la energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma.
• La carga eléctrica es el flujo de electrones que posee un objeto, y esta misma es capaz de proporcionar un potencial energético de alto índice de eficiencia, ya que puede transformarse en productos caloríficos, luminosos, o incluso mecánicos. Al conjunto de cargas eléctricas que se acumulan en un solo grupo se le conoce como
• Existen dos tipos de corriente eléctrica (el flujo de cargas eléctricas que viajan a través de un conductor): directas o alternas. Las primeras tienen la característica de pasar por el medio de una manera directa, sin detenerse; las últimas se reconocen por el hecho de cambiar de dirección constantemente para legar a un destino distinto. Por ejemplo, en la instalación eléctrica de una casa, la corriente alterna se destina a que el flujo eléctrico llegue a zonas como los apagadores de la iluminación doméstica.
• La electricidad puede presentar diferentes fenómenos que la distinguen, por ejemplo, los que están relacionados al medio químico: la corriente eléctrica puede separar las uniones de los iones químicos de una sustancia acidulada o alcalina. Un ejemplo es la separación del agua salina o meramente de los componentes del agua por medio de la interferencia de una corriente eléctrica. A este proceso se le conoce como electrólisis.

Química

• El agua es un compuesto de moléculas apolares, que presenta una unión entre los elementos hidrógeno (H2) y oxígeno (O2); únicamente en la Tierra puede encontrarse en los tres estados de agregación de la materia más comunes (sólido, líquido y gaseoso), y tiene una capacidad de alta eficacia como disolvente (de ahí que sea considerado como disolvente universal).
• Se consideran como iones a las moléculas que poseen una carga eléctrica producida por la ganancia o pérdida de electrones a base del enlazamiento con los átomos de otra sustancia, considerablemente inestable en comparación al estado neutro de la otra sustancia. Los iones cargados negativamente se conocen como aniones, mientras que se conocen como cationes a aquellos que poseen una carga eléctrica positiva.
• Se conocen como electrolitos a las sustancias que pueden conducir la corriente eléctrica por acción de una acumulación de iones alcalinos, o ácidos. Por ejemplo, una disolución de sal de mesa (cloruro de sodio, NaCl) con agua se convierte en un electrolito; el vinagre blanco (ácido málico, C4H6O5) y el ácido sulfúrico (H2SO4) pueden conducir la electricidad de manera eficaz, por tales razones son introducidos en los depósitos que utilizan las baterías para automóviles.
• El hidrógeno se conoce por ser una sustancia combustible, es decir, que puede ser aplicada como el material que provoque una combustión y así libere energía calorífica y luminosa. Tal fenómeno ha sido el objeto del constante uso de esta sustancia en la industria metalúrgica, automotriz y algunas ingenierías la han esperado usar este material como un combustible de bajo índice de contaminación: una fuente energética “limpia”.

Sistema 1: Electrólisis del agua y uso de los productos gaseosos como energéticos

Materiales integrantes

• Batería eléctrica de 9V.
• Recipiente plástico de 12 cm x 12 cm.
• Cable de calibre 16 (con interior de cobre).
• Dos chinchetas de hierro
• Cinta aislante
• Contenedores de cristal (capacidad de 40 ml).
• Agua destilada
• Hidróxido de sodio (NaOH)
• Tabla Perfocel de 20 cm x 20 cm.

Integración e interacciones del sistema

1. La conexión de los extremos “A” de cada trozo del cable (de 15 cm cada uno, aproximadamente) con cada polo de la batería dejan pasar la corriente eléctrica desde la batería hasta los extremos “B”. Los extremos “A” se aseguran con la cinta aislante para evitar dos acciones: la mala posición del cobre sobre los polos de la batería, y la falta de seguridad en caso del contacto durante el traslado de la corriente.
2. Los extremos “B” se encuentran enredados a cada una de las chinchetas, que a su vez perforan el recipiente de plástico dejando las puntas al descubierto. Esto permite que la energía eléctrica pase directamente hasta la punta de la chincheta, ya que si se permite el contacto directo con el cobre del cable, la interacción de los iones se vería afectada por el desprendimiento de iones cúpricos.
3. Los contenedores de cristal (llenos hasta la boca con una disolución saturada de agua destilada y NaOH)  que se encuentran sumergidos con las bocas hacia abajo tienen contacto directo con la corriente eléctrica: esta pasara por las chinchetas y separará los componentes químicos del agua con ayuda del electrolito en cuestión, o sea el hidróxido de sodio. La siguiente ecuación química expresa dicha reacción: H2O + NaOH              H2 + O2.[pic 1]
4. El volumen de gas hidrógeno liberado en el sistema será fácil de identificar, pues poseerá el doble de volumen que el del oxígeno separado de la molécula de agua, siguiendo la escala 2:1 de átomos de cada elemento del agua; si se acerca una flama a la boca del contenedor del hidrógeno, podrá comprobarse su característica como combustible natural.

Sistema 2: Producción de energía eléctrica a base de electrolitos ácidos.

Materiales

• Alambre de cobre (se sugiere obtenerlo del interior de un cable, del calibre 16 o 18, por ejemplo).
• Vinagre (se aconseja utilizar vinagre blanco).
• 5 rondanas de cualquier tamaño (el punto clave es que su composición metálica sea preferentemente de zinc o hierro).
• Un molde para paletas de hielo (de seis compartimentos).
• Un foco de Led pequeño, por ejemplo de 120 watts (parecidos a los utilizados en series lumínicas navideñas).

Integración e interacciones del sistema

1. Deben confeccionarse cinco trenzas de alambre (de 15 cm aproximadamente) de cobre; al estar listas, se sujetará cada una con una rondana, asegurándola desde el hueco del centro con un nudo. Se pasara la parte media del alambre sobre la unión de cada uno de los compartimentos del molde, con la relación punta-rondana. Esto permitirá el viaje de la energía en serie.
2. Cuando los alambres con las rondanas estén bien acomodados (sin permitir en ningún momento el contacto de una rondana con el alambre consecutivo), se agregará el vinagre blanco en cada compartimento, hasta cubrir las rondanas por completo, así se hará la interacción del metal con una sustancia acidulada y se creará energía eléctrica.
3. La energía eléctrica creada pasará por los alambres, que al terminar la serie se encontrarán frente así una rondana y en el compartimento del lado opuesto, una punta de alambre; se sumergirá el polo negativo del foco en el compartimento de la rondana, y el positivo en el de la punta de cobre. Al instante se observará la mínima presencia del resultado luminoso creado por la relación físico-química del sistema.

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