ELECTRICIDAD Y ESAS COSAS
Capítulo 10

¡TORMENTA! EN UN VASO DE AGUA.
 
 


Autor:

Ing. Víctor Cires
 Gavidia

Octubre, 2003

S

é que muchos me dirán que les he estado contando mentiras, que por qué me he atrevido a decir que el agua es aislante cuando todos sabemos que conduce la electricidad.
¿No nos han repetido una y mil veces que es sumamente peligroso estar en el baño con los pies mojados y tocar cualquier aparato eléctrico?

¿No es cierto que podemos recibir una descarga eléctrica que nos puede matar?
¡Pues sí, tengo que reconocer que es cierto!
¿Entonces, qué sucede?
Lo que pasa es que el agua normal, la que usamos todos los días, aunque se trate de agua muy limpia, no está "deionizada".
Vaya, ya nos encontramos otra vez la famosa palabrita a la que no hay forma de sacarle la vuelta.
¿Y qué piensan si les dijera que un metal puede ser aislante?
¡Pues esto también se ha demostrado!
En una placa de cuarzo a muy baja temperatura colocada en una cámara al vacío, se depositan átomos de algún metal por vaporización, hasta formar sobre la placa una película metálica. El metal así formado tiene sus átomos completos y por ser muy baja la temperatura estos átomos metálicos tienen poco movimiento.
Expliquemos esto con un poco más de detalle, ya que nos sirve para hablar un poco más de la temperatura.
Si calentamos un metal en una cámara de vacío, los átomos de dicho metal se encontrarán sometidos a un movimiento, que será tanto más grande mientras mayor sea su temperatura.
De aquellos que están en su superficie, algunos saldrán despedidos fuera del metal, se "evaporarán". Hay algunos sólidos, como el alcanfor, que se evaporan a temperatura ambiente sin pasar por el estado líquido.
Claro que los electrones libres de dicho metal así calentado, serán los primeros que salgan despedidos por ser los más ligeros.
Estos, los podremos recoger en una placa a la que le apliquemos una tensión positiva con respecto a nuestro metal caliente. Ya nos ocuparemos de la aplicación práctica de este fenómeno.
Los iones metálicos, positivos, puesto que han perdido su electrón orbital, quedarán atrapados en dicho metal, que es negativo.
Algunos átomos (eléctricamente neutros), también saldrán despedidos y son éstos los que se depositarán en nuestra placa de cuarzo, que puede estar muy fría, teniéndola por ejemplo en contacto con nitrógeno líquido.
No hay en este metal, así depositado, electrones libres y los electrones orbitales se hallan unidos a sus átomos que no los sueltan por tener poca vibración.
Al aplicar un voltaje, (es decir una tensión eléctrica), tratará de meter electrones libres al metal así formado, la corriente no circula, no se desplazan electrones libres dentro de este metal que no los tiene y entonces resulta que este metal es "un aislador".
Claro que si calentamos nuestro "metal aislante", al vibrar fuertemente los átomos, se desprenden electrones orbitales, existen electrones libres y se convierte en conductor.
Aunque lo enfriemos nuevamente, ya no se consigue volverlo a hacer aislante. Se ha roto la armonía y algunos átomos son incapaces de volver a atrapar a los electrones de su última órbita que han soltado y vagabundean como electrones libres.
Fue a Svante Arrhenius, un químico sueco a quien se le ocurrió en 1887 establecer una teoría que le llamó teoría de la ionización.
¡Vaya, ya salió la palabrita de marras!
Arrhenius inventó el ion, bueno, inventó la palabrita, porque los iones siempre han existido.
Un ion es un átomo o molécula a la que le falta o le sobra uno o más electrones, es decir, es una partícula que no es eléctricamente neutra.
Si disolvemos en agua: un "ácido", una "sal", o una "base", substancias que por tener determinadas propiedades, así les llaman los químicos, estas substancias, se disocian.
Vamos a ver si les puedo explicar esto.
Tomemos una substancia tan común como la sal, sí, la sal de  cocina, la que usamos en nuestros alimentos.
Los químicos le llaman a esta sal "cloruro de sodio" y utilizan unos símbolos, que no son otra cosa que la abreviatura de los nombres de los átomos de que está formada dicha substancia.
El cloruro de sodio está formado por un átomo de sodio Na (del alemán natrium) y un átomo de cloro Cl.
En la molécula de cloruro de sodio, el átomo de cloro y el átomo de sodio comparten un electrón orbital común, así como en la de agua el átomo de oxígeno comparte dos electrones con los dos átomos de hidrógeno que la forman, ¿recuerdan?
Resulta que al disolver la sal en el agua, los átomos de sodio y de cloro se disocian, es decir se separan. Pero no lo hacen como átomos completos, sino que uno de los elementos lleva el electrón que era común, al que por lo tanto le sobra un electrón y está cargado negativamente y al otro le falta este electrón y por lo tanto representa una carga positiva.
No son por lo tanto átomos, que son eléctricamente neutros, sino que son átomos con carga eléctrica (negativa o positiva) y por lo tanto se llaman iones.
Los iones de sodio y de cloro no son nocivos, como lo son las moléculas de sodio (que es venenoso) o de cloro (que es mortífero y se usa por lo tanto como desinfectante), porque siempre tratan de neutralizar su carga eléctrica.
Al ion de cloro, le sobra un electrón y es por lo tanto negativo. Al ion de sodio, le falta un electrón y es por lo tanto positivo.
Supongamos que en nuestra solución de agua con sal introducimos dos electrodos y aplicamos entre ellos un voltaje, es decir una tensión eléctrica, o dicho en otras palabras, uno de los electrodos tiene sobra de electrones y otro falta de ellos.
La carga eléctrica del electrodo negativo, es decir al que le sobran electrones, atraerá a los iones positivos del sodio, los cuales al ponerse en contacto con el electrodo, recibirán de este su electrón faltante y se convierten en átomos de sodio. El electrodo positivo, al que le faltan electrones, atraerá a los iones negativos de cloro a los que les quitará el electrón que les sobra y los convierte en átomos de cloro.
Al depositarse un electrón en el electrodo positivo y desprenderse otro electrón del electrodo negativo, se ha transferido una carga eléctrica de un electrodo a otro y por lo tanto ha circulado una corriente.
Dependiendo de que los electrodos sean inertes, es decir que no reaccionen con el cloro y el sodio desprendidos, continúa la reacción electrolítica y continúa la circulación de la corriente hasta que se agoten los iones en nuestra solución.
Cuando Volta introdujo en su solución de ácido sulfúrico (H2SO4), en la que los iones de hidrógeno (H2)++, se disociaron de los iones del radical (SO4)--, sus placas de cobre y zinc, los iones de SO4, eléctricamente negativos reaccionan químicamente con el zinc, formando sulfato de zinc y cediendo sus electrones sobrantes al zinc, lo dejan eléctricamente negativo. Los iones de hidrógeno toman sus electrones faltantes de la placa de cobre, de sus electrones libres de la última órbita y la dejan eléctricamente positiva. Los átomos de hidrógeno formados reaccionan químicamente con el radical SO4 para formar nuevamente ácido sulfúrico en la solución, que se disocia.
La reacción continúa hasta que se establece un equilibrio eléctrico, que se obtiene cuando las cargas eléctricas de los electrodos, son iguales a las tensiones iónicas.

En otras palabras, el equilibrio se establece cuando los iones de hidrógeno ya no le pueden arrancar electrones a la placa de cobre que ha adquirido una carga positiva (falta de electrones) y el radical SO4 ya no le puede ceder más electrones a la placa de zinc, que ya los tiene en exceso. Placa negativa.
Afuera de nuestro electrólito, la situación es muy diferente, la placa de cobre es positiva (tiene falta de electrones) y la de zinc es negativa (le sobran), hay por lo tanto entre ellas una tensión eléctrica.
Si las unimos con un alambre conductor, los electrones sobrantes del zinc se dirigen al cobre, donde faltan produciendo una corriente eléctrica.
Entre paréntesis, el sentido convencional de esta corriente que circula en el alambre es de la terminal positiva a la negativa, aunque de hecho los electrones se muevan al revés. ¿Ya ven por qué les decía yo que hubiera sido mejor llamar al electrón con carga eléctrica positiva? ¡Pero en fin, así son las cosas!
Dentro del electrólito se rompe el equilibrio que había, ya los iones de hidrógeno pueden tomar sus electrones faltantes y el radical puede ceder al zinc los sobrantes y seguir disolviéndolo (mientras haya zinc que disolver).
La tensión eléctrica, o voltaje producido, depende exclusivamente de los metales empleados y es independiente del tamaño de los electrodos o de la distancia a que se encuentren en el electrólito.
En la pata de la rana, la solución electrolítica la constituían los mismos líquidos de la pata y los electrodos de cobre del gancho y de fierro de la malla, estaban conectados permitiendo el paso de la corriente que circulaba por la misma pata produciendo las contracciones de ésta.
Esta pata de rana constituyó el primer galvanómetro, que así se llaman los aparatos que pueden detectar el paso de una corriente eléctrica, en honor de Galvani.
Nuestras pilas actuales, no están hechas como la de Volta, nuestras pilas secas ácidas, tienen electrólito de ácido y electrodos de carbón y zinc, no entraremos en los detalles de los fenómenos y reacciones químicas secundarias que se producen.
Resulta, por ejemplo, que en el electrodo positivo, se depositan burbujas de hidrógeno, producidas por los iones de hidrógeno, que forman una película aislante que hay que quitar, (a este fenómeno le llaman polarización), para que el proceso continúe, los químicos realizan esto utilizando una pasta de bióxido de manganeso como despolarizador, que reacciona con el hidrógeno.
Hay también pilas alcalinas, con electrodos de fierro y una amalgama de zinc, siendo el electrólito formado por una solución básica como la sosa cáustica NaOH.
Pero también hay pilas "recargables".
¡Y que  me dicen de los acumuladores de los automóviles? ¿No son éstas también pilas recargables?
Creo que esto es motivo de más explicación.

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Última revisión: Domingo, 19 Noviembre 2006.