4.1: Introducción

Una celda eléctrica consiste en dos metales diferentes, o carbono y un metal, llamados los polos, sumergidos o sumergidos en un líquido o algún tipo de pasta conductora húmeda, conocida como el electrolito, y, debido a alguna reacción química entre los dos polos y el electrolito , existe una pequeña diferencia de potencial (típicamente del orden de uno o dos voltios) entre los polos. Esta diferencia de potencial es mucho menor que los cientos o miles de voltios que se pueden obtener en experimentos típicos de laboratorio en electrostática, y el campo eléctrico entre los polos también es correspondientemente pequeño.

Definición: fuerza electromotriz (CEM)

La diferencia de potencial a través de los polos de una celda cuando no se está tomando corriente de ella se llama fuerza electromotriz (EMF) de la celda.

El símbolo de circuito para una celda se dibuja así:

La línea más larga y delgada representa el polo positivo y la línea más corta y gruesa representa el polo negativo.

Varias celdas conectadas entre sí forman una batería de celdas. Así, en principio, una sola celda debe llamarse estrictamente así —una celda — y la palabra batería debe restringirse a una batería de varias celdas. Sin embargo, en la práctica, la mayoría de la gente usa la palabra batería para significar literalmente una batería de varias celdas, o una sola celda.

No voy a discutir en este capítulo la química detallada de por qué existe tal diferencia de potencial, ni discutiré en detalle los procesos químicos que tienen lugar dentro de las diversas variedades de células. Solo mencionaré que en los tipos más baratos de batería de linterna (celda), el polo negativo, hecho de zinc, es la carcasa exterior de la celda, mientras que el polo positivo es una varilla central de carbono. El lío bastante sucio que es el electrolito es una mezcla que probablemente solo conoce el fabricante, aunque probablemente incluya óxido de manganeso y cloruro de amonio y quizás tal sustancia goo como harina o pegamento y bondad sabe qué más. Otros tipos tienen un polo positivo de hidróxido nickelic y un polo negativo de cadmio metálico en un electrolito de hidróxido de potasio. Una batería de automóvil de 12 voltios suele ser una batería de 6 celdas en serie, en la que los polos positivos son óxido de plomo PbO ₂, los polos negativos son plomo metálico y el electrolito es ácido sulfúrico. En algunas baterías, una vez agotadas, los polos se dañan irreversiblemente y se tiene que desechar la batería. En otras, como las celdas de níquel-cadmio o plomo-ácido, la reacción química es reversible, por lo que las celdas se pueden recargar. He escuchado la palabra “acumulador” que se usa para una batería recargable, particularmente la batería de plomo-ácido del automóvil, pero no sé qué tan general es ese uso.

Obviamente el propósito de una batería es extraer una corriente de la misma. Una celda electrolítica es todo lo contrario. En una celda electrolítica, se fuerza una corriente eléctrica en ella desde el exterior. Esto se puede hacer en un laboratorio, por ejemplo, para estudiar el flujo de electricidad a través de un electrolito, o en procesos industriales como la galvanoplastia. En una celda electrolítica, la corriente es forzada al interior de la celda por dos electrodos, uno de los cuales (el ánodo) se mantiene a un potencial mayor que el otro (el cátodo). El electrolito contiene iones positivos (cationes) e iones negativos (aniones), que pueden fluir a través del electrolito. Naturalmente, los iones positivos (cationes) fluyen hacia el electrodo negativo (el cátodo) y los iones negativos (los aniones) fluyen hacia el electrodo positivo (el ánodo).

La dirección del flujo de electricidad en una celda electrolítica es la opuesta al flujo cuando se está utilizando una batería para alimentar un circuito externo, y los roles de los dos polos o electrodos se invierten. Así, algunos escritores se referirán al polo positivo de una batería como su “cátodo”. Por lo tanto, no es sorprendente que muchos estudiantes (y, incluso se podría adivinar, muchos profesores y escritores de libros de texto) se hayan confundido sobre las palabras cátodo y ánodo. La situación no se suaviza al referirse a los electrones cargados negativamente en un tubo de descarga gaseosa como “rayos catódicos”.

Mi recomendación sería: Al referirse a una celda electrolítica, usar la palabra “electrodos”; al referirse a una batería, usar la palabra “polos”. Evite el uso de los prefijos “cat” y “an” por completo. Así, se refieren a los electrodos positivo y negativo de una celda electrolítica, los polos positivo y negativo de una batería, y los iones positivo y negativo de un electrolito. De esa manera tu significado siempre será claro e inequívoco para ti y para tu público o tus lectores.