COSTRUCCIÓN DE UNA PILA GALVANICA DE VINAGRE COMO ALTERNATIVA

DE ENSEÑANZA DEL CONCEPTO DE POTENCIAL ELÉCTRICO

J.A. Landazabal1,♦

1Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Proyecto curricular de Licenciatura en Física, carrera 3ª # 26 A -40

RESUMEN

El trabajo del docente como investigador es el de buscar dentro de los diferentes campos de

las ciencias, herramientas que permitan proponer e innovar la forma en como se enseñan los

diferentes conceptos, en este caso en particular el de la enseñanza de conceptos físicos.

Después de haber escogido el tema del proyecto, se realizó una revisión exhaustiva de varios

artículos relacionados con la construcción de pilas galvánicas con diferentes elementos, a

través de esta labor no es difícil darse cuenta que a pesar de que la pila galvánica como

sistema electroquímico encierra una gran cantidad de conceptos tanto físicos como

químicos, esta solo estaba siendo utilizada para la enseñanza de la química. A partir de esto

se hizo evidente la viabilidad del proyecto de implementar una propuesta didáctica para la

enseñanza del concepto de potencial eléctrico mediante la construcción de pilas galvánicas

de vinagre.

Palabras clave: Electroquímica, pila galvánica, potencial eléctrico, enseñanza.

ABSTRACT

The work of the teacher as investigator is the of looking for inside the different fields of the

sciences, tools that allow to propose and to innovate the form in like they become trained the

different concepts, in this case in particular that of the teaching of physical concepts. after

having chosen the investigation topic, was carried out an exhaustive revision of several

articles related with the construction of galvanic piles with different elements, through this

work it is not difficult to realize that although the galvanic pile as electrochemical system

contains a great quantity of concepts so much physical as chemical, this alone one was being

used for the teaching of the chemistry. Starting from this it became evident the viability of

the project of implementing a didactic proposal for the teaching of the concept of electric

potential by means of the construction of galvanic piles of vinegar.

Key Words: Electrochemistry, galvanic pile, electric potential, teaching.

1. Introducción

Un sistema electroquímico, es un sistema heterogéneo en el que hay una diferencia de potencial

eléctrico entre dos o mas fases (un ejemplo es una pila o batería). Se puede utilizar el vinagre

para caracterizar un sistema electroquímico debido a que se puede establecer una diferencia de

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COSTRUCCIÓN DE UNA PILA GALVANICA DE VINAGRE COMO ALTERNATIVA

DE ENSEÑANZA DEL CONCEPTO DE POTENCIAL ELÉCTRICO

J.A. Landazabal^1 ,♦ (^1) Universidad Distrital Francisco José de Caldas Proyecto curricular de Licenciatura en Física, carrera 3ª # 26 A - 40 RESUMEN El trabajo del docente como investigador es el de buscar dentro de los diferentes campos de las ciencias, herramientas que permitan proponer e innovar la forma en como se enseñan los diferentes conceptos, en este caso en particular el de la enseñanza de conceptos físicos. Después de haber escogido el tema del proyecto, se realizó una revisión exhaustiva de varios artículos relacionados con la construcción de pilas galvánicas con diferentes elementos, a través de esta labor no es difícil darse cuenta que a pesar de que la pila galvánica como sistema electroquímico encierra una gran cantidad de conceptos tanto físicos como químicos, esta solo estaba siendo utilizada para la enseñanza de la química. A partir de esto se hizo evidente la viabilidad del proyecto de implementar una propuesta didáctica para la enseñanza del concepto de potencial eléctrico mediante la construcción de pilas galvánicas de vinagre. Palabras clave: Electroquímica, pila galvánica, potencial eléctrico, enseñanza. ABSTRACT The work of the teacher as investigator is the of looking for inside the different fields of the sciences, tools that allow to propose and to innovate the form in like they become trained the different concepts, in this case in particular that of the teaching of physical concepts. after having chosen the investigation topic, was carried out an exhaustive revision of several articles related with the construction of galvanic piles with different elements, through this work it is not difficult to realize that although the galvanic pile as electrochemical system contains a great quantity of concepts so much physical as chemical, this alone one was being used for the teaching of the chemistry. Starting from this it became evident the viability of the project of implementing a didactic proposal for the teaching of the concept of electric potential by means of the construction of galvanic piles of vinegar. Key Words: Electrochemistry, galvanic pile, electric potential, teaching.

1. Introducción Un sistema electroquímico, es un sistema heterogéneo en el que hay una diferencia de potencial eléctrico entre dos o mas fases (un ejemplo es una pila o batería). Se puede utilizar el vinagre para caracterizar un sistema electroquímico debido a que se puede establecer una diferencia de ♦ (^) Email: [email protected]

fases entre dos electrodos metálicos (ya sea cobre, zinc, grafito o una cinta de magnesio) que se ionizan en el ácido acético del vinagre transportando iones debido a las reacciones REDOX, obteniendo de esta forma una diferencia de potencial que generará una corriente eléctrica. Las características del vinagre como pila electroquímica serán definidas a partir de la pila galvánica (o voltaica) El presente artículo muestra la construcción de una pila galvánica de vinagre, además de los resultados de los experimentos realizados con estudiantes de undécimo grado de bachillerato del colegio CENPEFI de educación no formal. Lo anterior con el fin de evaluar la utilidad de la propuesta didáctica.

2. Pilas galvánicas Una pila o celda galvánica es un sistema electroquímico multifásico en el que las diferencias de potencial en las interfases originan una diferencial de potencial neta entre los terminales (T1 y T2). Las diferencias de potencial entre fases resultan de la transferencia de iones entre ellas, la pila galvánica transforma energía química en eléctrica. Las fases de una pila galvánica deben ser conductores eléctricos, de otro modo no podrá fluir una corriente continua (ver figura 1). Fig.1 Electrodos de cobre y zinc metálico en vinagre. El sistema de electrodos, consiste de dos o más fases conductoras eléctricas conectadas en serie, entre las cuales pueden intercambiarse transportadores de carga - iones o electrones- siendo una de las fases terminales un conductor electrónico (metal), y la otra electrolítica (solución de ácido acético). A todo electrodo está asociada una reacción de transferencia o semireacción REDOX y debido a esta reacción es que puede pasar corriente eléctrica por él. El potencial de una pila galvánica, es la diferencia de potencial eléctrico ( ) entre los dos conductores electrónicos externos de la pila, por ejemplo el electrodo de cobre y el de zinc. Si puede despreciarse el potencial de unión líquida (el del ácido acético), la diferencia de potencial galvánico (o potencial interno) del electrodo de la derecha y de la izquierda (ver, figura 2) estará dado por; (1)

La figura .3 muestra el esquema del diseño experimental construido. Fig. 3 Montaje experimental. Elaboración de diagramas de barras. Con los datos obtenidos, los estudiantes dibujaron dos diagramas de barras. En el primer diagrama dibujaron la diferencia de potencial eléctrico obtenido en función de las diferentes combinaciones de electrodos. En el segundo diagrama dibujaron la corriente eléctrica máxima en función de las combinaciones de electrodos. Fig. 4 Diagramas de barras. Preguntas. De acuerdo al análisis de graficas los distintos grupos de estudiantes debían responder algunas preguntas de lo observado en el experimento. Demostración. Al final de toda la actividad el profesor realizó una demostración de la utilidad de la energía eléctrica obtenida en el experimento, haciendo funcionar un LED y una calculadora digital. De esta manera se muestra a los estudiantes la importancia y los beneficios de lo aprendido en el experimento.

4. Análisis de los resultados obtenidos por los estudiantes. A partir de los diagramas de barras como los mostrados en la figura .4, los estudiantes respondieron a los interrogantes que se mencionan a continuación. ¿Con cual combinación de electrodos se obtuvo la mayor diferencia de potencial eléctrico? ¿Porque? El 100% de los estudiantes contestó que el mayor potencial se obtuvo con el par de electrodos de magnesio-grafito, algunos relacionaron este resultado con el hecho de que el magnesio es un metal y el grafito es un no metal, por tanto la conducción de uno comparada con la neutralidad del otro crea una mayor diferencia de potencial eléctrico. Otras respuestas diferentes hacen referencia a que algunos elementos poseen mayor potencial que otros debido a que tienen una mejor interacción con el vinagre, otros por lo contrario piensan que el potencial eléctrico se encuentra almacenado en los electrodos y que por tanto estos son los de mayor potencia eléctrica. ¿De que elemento (o elementos) en el experimento depende la diferencia de potencial eléctrico? El 90 % de los estudiantes contestó que el potencial eléctrico dependía explícitamente del vinagre. Tan solo el 10% respondió que el potencial eléctrico dependía de los eléctrodos que se estuvieran utilizando, pues era evidente que en todos los experimentos se habían realizado con el mismo vinagre ¿Como es la relación entre la diferencia de potencial eléctrico y la corriente eléctrica? Esta pregunta fue la que obtuvo la mayor cantidad de respuestas diferentes, así que se hará énfasis en las que en realidad de alguna manera dan respuesta a este interrogante. A partir del experimento el 50% de los estudiantes contestaron que la relación entre el potencial eléctrico y la corriente eléctrica era inversamente proporcional para la mayoría de los pares de electrodos utilizados y que esto se debía a la interacción que estos tenían con el vinagre. El 10% respondió que era directamente proporcional ya que si no había potencial eléctrico tampoco habría corriente eléctrica. Sin embargo no se pensó en que algunos elementos tal vez ofrezcan más resistencia eléctrica que otros. ¿Que ocurría con la diferencia de potencial eléctrico si los dos electrodos fueran del mismo material? El 90% de los estudiantes contestó que se debería obtener algún valor constante tanto con el potencial como con la corriente. El 10% respondió que si los dos materiales fueran iguales no habría ninguna diferencia de potencial, por tanto la corriente también sería nula. ¿Si la potencia consumida por una bombilla es de 60 w, cuantas pilas de magnesio-cobre se necesitarían para encenderla? Utilice los datos del experimento. Este breve calculado fue efectuado por los estudiantes utilizando la ley de Watt para la potencia eléctrica y no represento mayor inconveniente. Sin embargo se debía reflexionar a cerca de la utilización de la energía ya que como es obvió se necesitarían muchas pilas de magnesio-cobre para encender un solo bombillo lo cual representaría un mayor gasto de recursos tanto económicos como ambientales.

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