¿Qué es la célula de Daniell?
La celda Daniell es un tipo de batería de cobre-zinc que emplea una barrera porosa entre los dos metales. Fue inventado en 1836 por el químico británico John Frederic Daniell. Una vez utilizado ampliamente en la industria telegráfica europea, fue reemplazado a fines del siglo XIX por diseños de baterías más modernos. Hoy en día, se usa principalmente en el aula para demostrar cómo funcionan las baterías.
El científico italiano Alessandro Volta inventó la batería en 1800. Su diseño utilizaba una columna de discos alternos de zinc y cobre, con piezas de cartón saturadas de salmuera apiladas entre cada pieza de metal. Esta pila voltaica se usó en muchos experimentos eléctricos, pero con menos de una hora de duración de la batería, no tenía aplicaciones industriales reales. Daniell modificó el diseño de Volta para crear una batería con una vida útil más larga, lo que permite su uso práctico.
El principio detrás de la batería de Daniell y de Volta es el mismo. Un soluto líquido llamado electrolito , en el diseño de Volta, la salmuera entre las placas de metal, comienza a disolver el zinc y el cobre en iones cargados positivamente. A medida que los iones abandonan el metal, quedan electrones libres. El zinc se disuelve más rápidamente que el cobre, lo que significa que el zinc pronto contiene más electrones. Si uno conecta las dos piezas de metal con un cable, los electrones migrarán a través del cable del zinc al cobre, creando una corriente eléctrica.
Si el zinc y el cobre se disuelven en el mismo electrolito, como en la pila Voltaica, dos procesos acortarán la vida útil de la batería. Si se almacena sin que se extraiga electricidad, los iones de cobre en el electrolito se atraerán al terminal de zinc cargado negativamente. Estos iones se acoplarán con los electrones en el zinc, neutralizando su carga. Eventualmente, no habrá más zinc disponible para la disolución. Este proceso se conoce como reducción .
El otro proceso de eliminación de la batería ocurre cuando se consume electricidad. Los iones de zinc empujarán el hidrógeno en el electrolito hacia el cobre, donde el hidrógeno se acumula en la superficie y finalmente detiene el flujo de electricidad. Este proceso se conoce como polarización . La célula Daniell fue diseñada en respuesta a los problemas gemelos de reducción de zinc y polarización. Resuelve estos problemas aislando el zinc y el cobre en electrolitos separados.
Para hacer una celda Daniell, se puede llenar un recipiente de loza sin esmaltar con ácido sulfúrico y un trozo de zinc sumergido en él. El contenedor se puede colocar dentro de una lata de cobre que se ha llenado con sulfato de cobre. La barrera de barro mantiene el zinc y el cobre en lados opuestos; Esto evita que los iones de zinc envíen hidrógeno al cobre, evitando la polarización. También mantiene los iones de cobre lejos del zinc, evitando la reducción de zinc. Daniell se refirió a su celda como la batería constante debido a su prevención de la polarización.
Los poros en la barrera permiten que los iones de sulfato cargados positivamente viajen desde el lado de cobre hacia el lado de zinc. Esto equilibra el flujo de electrones del zinc al cobre cuando se completa el circuito. La cantidad de potencial eléctrico producido por una celda Daniell se denominó voltio . El valor del volt moderno es ligeramente diferente; una célula de Daniell produce aproximadamente 1.1 de los voltios de hoy y tiene una resistencia interna de aproximadamente 2 ohmios.