Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Como es sabido, una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica. Consiste en dos electrodos o semipilas llamadas ánodo y cátodo. En el ánodo se produce una oxidación en la que se generan electrones que se pueden hacer llegar por un conductor al cátodo, donde se produce la correspondiente reducción. Esta circulación de electrones puede aprovecharse para poner en funcionamiento un dispositivo eléctrico (un motor, una bombilla…)
Este experimento sirve para ilustrar estos conceptos. Consiste en la construcción de una pila muy sencilla que solo requiere una hoja de papel de aluminio, carbón activado y sal. En realidad, hay un ingrediente más, el oxígeno, que se tomará del aire.
El experimento
Este es el esquema de la pila que se va a construir:
El carbón activado que se necesita se puede encontrar en tiendas de animales, especialmente de acuarios.
Se corta una lámina cuadrada de papel de aluminio de aproximadamente 15 cm de lado. Se dobla una servilleta de papel en cuatro partes, se humedece en una disolución saturada de sal en agua y se coloca sobre la lámina de aluminio. Sobre la servilleta empapada se agrega una cucharada de carbón activado que se prensa ligeramente y se humedece con la disolución de sal. Hay que asegurarse de que el carbón está mojado del todo pero que no toca la lámina de aluminio directamente.
Se conecta un extremo de un cable eléctrico al papel de aluminio y el otro extremo a uno de los bornes del dispositivo que se haya elegido para probar si circula corriente (un galvanómetro, un voltímetro, una bombilla, un pequeño motor…). Se toma un segundo cable, conectando uno de sus extremos al carbón activado (el cable puede ir unido a un clip que se habrá de presionar sobre el carbón) y el otro extremo al otro borne del dispositivo medidor.
Complementos
Se pueden poner varias pilas de este tipo en serie. Para ello, basta apilarlas, poniendo un cable en la lámina inferior de aluminio y otro en el carbón activado que queda arriba del todo. Quizá se deba presionar firmemente sobre la pila para reducir la resistencia interna, pero hay que asegurarse de que las piezas de aluminio no se toquen (en este sentido, es interesante hacer la prueba de conectar directamente dos o más hojas de aluminio y comprobar el efecto en el multímetro).
También se puede probar a usar como electrolito NaOH, para comparar.
Explicación
En esta pila se produce la oxidación de aluminio en el ánodo y la reducción de oxígeno en el cátodo según estas semirreacciones:
Ánodo: Al(s) + 3 OH–(aq) ⟶ Al(OH)3(s) + 3 e–
Cátodo: O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e– ⟶ 4 OH–(aq)
Global: 4 Al(s) + 3 O2(g) + 6 H2O(l) ⟶ 4 Al(OH)3(s)
Como ánodo podemos usar simplemente papel de aluminio de cocina. Pero la reacción catódica tiene un gas como compuesto principal: el O2. Este gas requiere un soporte sólido para que se produzca el intercambio de electrones. Uno muy adecuado es el carbón activado porque se trata de un material que adsorbe mucho oxígeno (y otros gases) gracias a su porosidad y altísima relación entre área y masa (un gramo de carbón activado puede tener más superficie adsorbente que una cancha de baloncesto).
Para que se cierre el contacto eléctrico se necesita un puente salino. En este caso, basta emplear una servilleta empapada en disolución saturada de sal en agua que se colocará entre el aluminio y el carbón. La sal es un electrolito y los iones que proporciona servirán para compensar los desequilibrios de carga que supone la pila en funcionamiento. También se puede usar como electrolito NaOH.
En esta pila, uno de los reactivos siempre está disponible (el O2). En cuanto al aluminio, en teoría se llegaría a oxidar en su totalidad. De hecho, después de un tiempo suficiente se podrá observar corrosión en la superficie del aluminio.
El voltaje que produce esta pila puede ser comparable al que producen pilas caseras como la de limón, pero la intensidad puede llegar a ser muy superior, suficiente para hacer funcionar un pequeño dispositivo eléctrico o encender una pequeña bombilla.
Referencia
- M. Tamez y J. H. Yu. Aluminum – Air Battery. J. Chem. Educ., 2007, 84, 1936A. DOI: 10.1021/ed084p1936A.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
