Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
En 1800, Alessandro Volta comprobó que al poner en contacto mediante un alambre dos piezas de distintos metales separadas por un material impregnado en una disolución salina (es decir, una disolución electrolítica) circulaba por el alambre una corriente eléctrica. El paso siguiente fue apilar varias unidades de ese sistema básico “metal 1 | electrolito | metal 2”. (En la terminología moderna decimos que puso varias de esas unidades en serie). Y por eso el conjunto es una pila (ver la fotografía de cabecera).
Así comunicó su descubrimiento a la Real Sociedad de Londres en 1800:
30, 40, 60 o más piezas de cobre, o mejor de plata, cada uno en contacto con un trozo de estaño, o lo que es mucho mejor, de zinc, y un número igual de capas de agua o algún otro líquido que sea mejor conductor que el agua pura, como agua salada o lejía, etc., o trozos de cartón o piel, etc., bien empapados con estos líquidos; cuando tales capas se interponen entre cada par o combinación de los dos metales diferentes, una serie alternativa de estos tres tipos de conductores siempre en el mismo orden constituye mi nuevo instrumento.
El experimento
Recrear el experimento de Volta es muy fácil. Basta buscar algunas láminas de zinc (se pueden extraer de una pila agotada) y monedas de cobre o de una aleación que contenga cobre. Entre el zinc y el cobre se coloca una cartulina o una lámina fina de esponja impregnadas de una disolución electrolítica (por ejemplo, una disolución saturada de sal común o diluida de ácido sulfúrico); se denomina puente salino.
Se construye una pila como se muestra en la figura; el metal gris es zinc; el dorado es cobre; lo que se interpone entre ambos es una esponja o cartón impregnados de disolución electrolítica. Se adosa de alguna manera (con la ayuda de clips, por ejemplo) un cable conductor a cada una de las piezas superior (Zn) e inferior (Cu) del apilamiento. Los extremos libres de los alambres se pueden llevar a un multímetro para medir el potencial y la intensidad de la corriente creada.
Se puede probar con distintas parejas de metales, distintos puentes salinos y diferente número de unidades elementales que formen la pila.
Fundamento
Como es sabido, cuando un metal pierde electrones se dice que se oxida. La oxidación del hierro al aire libre, por ejemplo, consiste en una pérdida de electrones para formar iones de hierro (Fe2+ y Fe3+); estos electrones los toma el oxígeno del aire, que se reduce.
El hierro es un metal que tiene tendencia a oxidarse, pero otros metales tienen muy poca tendencia a oxidarse, como el oro o el platino. Por eso, en la naturaleza apenas existen iones de oro, ya que, en el supuesto de que se produjeran, tenderían a tomar electrones de otras especies para convertirse de nuevo en oro metálico (esa es la razón por la que al oro y al platino se les llama metales nobles).
Una de las pilas que construyó Volta tenía como elementos básicos cobre y de zinc. El zinc es más noble que el cobre y experimenta esta reacción de oxidación en la pila:
Zn ⟶ Zn2+ + 2e–
Los electrones que proporciona el Zn ha de tomarlos otra sustancia química, la cual, en consecuencia, se reducirá. En el caso de la pila de Volta, esta sustancia es el protón, H+, el cual procede del agua de la disolución electrolítica que impregna un trozo de cartón u otro sólido absorbente interpuesto entre cada dos piezas metálicas. (Si el electrolito es un ácido, los H+ los proporcionará principalmente dicho ácido en vez del agua). La reacción de reducción del protón es:
2H+ + 2e– ⟶ H2
La reacción global es:
Zn + 2 H+ ⟶ Zn2+ + H2
Para obtener provecho de la cesión de electrones debemos hacerlos pasar por un conductor eléctrico. Esto se consigue conectando las piezas metálicas de Zn y Cu mediante un cable. Si el cable se conecta a una resistencia se obtendrá calor; si se conecta a una pequeña lámpara, esta se encenderá; si a un motor, este funcionará…
En la imagen se esquematiza el elemento básico de la pila de Volta en el caso de que se utilice ácido sulfúrico como electrolito. El compartimento central es el puente salino y su función es esencial; sin él no circularía corriente por el circuito externo. En general, cualquier sustancia que se disocie en iones en disolución puede funcionar como puente salino (por ejemplo, el cloruro de sodio), si bien no todas ellas son adecuadas porque algunas producen reacciones electroquímicas indeseadas. La función de los iones del electrolito es compensar las cargas que se crean en la electrolisis (en este caso, si se electroliza agua pura se produce Zn2+ y OH– a partir del H2O).
El dispositivo de Volta no contenía solamente un elemento de los esquematizados en la figura anterior, sino muchos de ellos apilados para que quedaran conectados en serie y aumentara el voltaje (como se ve en la primera figura).
Referencias
- APS Physics: March 20, 1800: Volta describes the Electric Battery. APS News (American Physical Society) 2006, 15. https://www.aps.org/publications/apsnews/200603/history.cfm.
- P. Scharlin y R. Battino. The Voltaic pile: A stimulating general chemistry experiment. J. Chem. Educ., 1991, 68, 665. DOI: 10.1021/ed068p665.
Esquema de la pila: CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1324685.
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/ .
