Loren Dahana Limas Castellanos y Jorge Eduardo
En algún momento de nuestra vida cotidiana nos hemos
inquietado por todos aquellos equipos eléctricos y que hoy en día sirven a la
humanidad en beneficio de la misma, todo aquello que usamos a nuestro alrededor
desde lo mecánico esta permeabilizado por lo eléctrico, pero nuestros
cuestionamientos pueden ir más allá de este fenómeno, y que dio lugar, a lo que
hoy conocemos como batería. La electroquímica es una ciencia que tiene sus
inicios hace 222 años con la presentación a la comunidad científica de Europa
de la invención desarrollada por el científico Alessandro Volta el 20 de marzo
de 1800 con el nacimiento de lo que llamaríamos la pila de Volta, o batería
galvánica. Este instrumento, revolucionaría no solo el mundo común en el
desarrollo de aparatos eléctricos, también sería un aporte importante como
instrumento poderoso de investigación en el cambio y separación de las
sustancias, por medio de las transformaciones químicas. Gracias a los aportes
realizados por Humphry Davy (1778-1829), químico el cual realizaría numerosos
experimentos aplicando estos principios eléctricos a la química. No solo Davy,
los ingleses W. Nicholson y A. Carlisle los cuales reprodujeron una batería
galvánica logran hacer pasar una fuerte y continua flujo eléctrico en agua,
observando el desprendimiento de dos gases cada uno en las barras metálicas que
habían sumergido en la solución descomponiendo así el agua en hidrógeno y
oxígeno.
Este recorrido se inicia en el siglo XVIII cuando
Luigi Galvani (1737-1798), profesor de anatomía de la Universidad de Bolonia,
realizó una serie de experimentos los cuales describe en su publicación de 1791
Viribies Electricitatis in motu Mascalari. Allí relata como las patas de la
rana se contraen accidentalmente al inducir electricidad la cual provenía de un
aparato que tenía cerca (botella de Leyden), repite esta operación observando
el mismo fenómeno colocando la rana en una superficie metálica en medio de una
tormenta eléctrica. Pero la observación más importante la obtuvo al tocar las
patas de las ranas con dos metales diferentes obteniendo el mismo efecto, pero
sin que hubiera cerca ningún aparato eléctrico. Esto llevó a concluir que los
animales podían producir electricidad la cual se transmitía a los músculos
generando el movimiento, por otra parte, cuando se hacía un puente entre el
nervio y el músculo con el mismo metal se obtenían contracciones débiles. Esto
creo un pensamiento fuerte en Galvani de que el músculo y los nervios tenían
una electricidad acumulada, que cuando eran tocados con un metal se descargaban
al igual que una botella de Leyden haciendo que el músculo se contraiga, a lo
que llamo electricidad animal.
Figura 1. Experimentos de Luigi Galvani con electricidad y patas de rana.
Viribies Electricitatis in motu Mascalari, 1791.
En 1800 un gran científico experimental pondría en contradicción las afirmaciones realizadas por Galvani, Alessandro Volta (1745-1827), catedrático de física experimental de la universidad de Pavía en Lombarda, realiza una serie de experimentos donde determina la naturaleza de esta electricidad animal nombradas por Galvani, escribe una carta al presidente de la Royal Society, Joseph Banks, donde expresa que ha diseñado un órgano eléctrico artificial elaboración de un aparato llamado Órgano eléctrico artificial, que presenta una similitud del órgano eléctrico natural del pez torpedo y anguila eléctrica. Describe la estructura y proceso de construcción de dos montajes para evaluar estos efectos por medio de los sentidos, la corona de tazas (conductores húmedos) y su batería eléctrica (conductores metálicos).
Del aparato de Volta gozaría, según él, de una carga
indefectible, de una acción, o impulso perpetuo sobre el fluido eléctrico,
donde escogió los mejores conductores, considerados hasta ese momento este no
era más que el ensamblaje de un número de conductores de diferentes especies de
manera determinada de 30 a 60 piezas de zinc (Zn) o plata (Ag), y un número
igual de capas de cartón, cuero, u otro material no eléctrico, humedecidos de
agua o algún otro líquido que sea mejor conductor que el agua, como agua salada
o lejía, estos humores alternados. Colocó horizontalmente sobre una mesa o
sobre una base cualquiera, uno de los platos metálicos, por ejemplo, uno de
plata sobre este adaptó un segundo plato de zinc; y sobre este extendió uno de
los discos mojados, formando varios de estos pisos una columna tan alta que
pueda sostenerse sin derrumbarse. Finalmente, todas estas precauciones logran
la producción de una conmoción fuerte, lo que aumenta realmente el poder
eléctrico de este aparato, al aumentar el número de discos o piezas conductoras,
lo puede llevar a igualar, e incluso sobrepasar el del pez torpedo, para ser
también motores del fluido eléctrico, sus contactos mutuos, y de suponerlos de
manera conveniente para empujar este fluido con una fuerza suficiente. Entonces
se tendrá una continuidad de sin fin de fluido eléctrico.
Un científico eminente que se sintió fascinado con el
trabajo de volta fue el químico ingles Davy, quien experimentó extensamente con
las pilas voltaicas. En 1807 el mismo acuño la palabra electroquímica, para
determinar la naturaleza de la acción eléctrica en lo que pudo llamarse el
círculo cerrado, explicando de esta manera los flujos eléctricos de la pila de
volta en la que generaban óxidos que recubrían los diferentes metales en el
polo negativo, la producción de sustancias álcalis o acidas en cada uno de los
polos. inflamables y el oxígeno, formando los álcalis y los ácidos, y estos se
encontraban en relaciones eléctricas de positivo y negativo. Observaciones que
también fueron determinadas por su discípulo Faraday en la descomposición de
las sustancias químicas, aunque este último utilizara indicadores para
reconocer la forma de circulación y polaridad del fenómeno.
Davy asertivamente por medio de sus experimentaciones pudo determinar los procesos complejos que ocurrían en los cambios electroquímicos, determinando que la naturaleza de los mismos ocurría tanto en la descomposición de las sustancias químicas por medio de flujos eléctricos constantes, como en los fenómenos de que ocurrían al interior de la pila en el contacto de las placas metálicas.
*Licenciados en Química de la Universidad Pedagógica Nacional. Estudiante en Maestría de la Química de la misma universidad.
Referencias bibliográficas
Volta,
Alessandro. (1800) On the electricity excited by the mere contact of conducting
Substances of different kinds. Philosophical Transactions of the Royal Society
of London. January 1, 90: 403-431. Traducción Colombo, Emma Sallent. Llull:
Revista de la Sociedad Española de Historia de las Ciencias y de las Técnicas,
v. 23, no 48, marzo, 1800 / Octubre, 2000.
Claramente el texto hecho por Loren y Jorge invitan a la reflexión del fenómeno eléctrico basándose en la premisa de los beneficios que se han generado hasta el momento, pero para ello es necesario hacer una retrospectiva como pensaron y ejecutaron esas transformaciones que se dan entre la energía química y eléctrica. Comenzando por orden cronológico aparece Luigi Galvani, tal como se describe en el escrito del blog realiza una serie de experimentos usando ranas, mostrando como las ancas de las ranas se contraen al introducir electricidad proveniente de la botella de Leyden concluyendo que los animales producían electricidad (fuerza vital) incluso después de la muerte. Es interesante analizar como las ciencias desde hace mucho tiempo han sido interdisciplinares, y gracias a ellos se ha avanzado en cada rama, un análisis con animales permitiendo conectar términos como nervios, músculos y electricidad, entonces ¿En la actualidad ese principio aplicado por Galvani en relación a esa interdisciplinaridad entre física y medicina a que tecnología esta aplicada?
ResponderEliminarSiguiendo esa secuencia es significativo hablar de otro personaje Alessandro Volta , a quien se le atribuye la pila de volta, que fue la precursora de la batería, experimentalmente la pila estaba hecha con discos de plata y discos de zinc, colocados alternadamente y separados por discos de cartón mojados en agua salada .allí se generó un flujo estable de la electricidad, a diferencia de la botella de Leiden, que descargaba de una sola vez toda la electricidad almacenada, acá aunque este experimento no involucro trabajar con animales , demostró que con metales también se podía producir corriente eléctrica. En nuestra actualidad las pilas son esa reserva de electricidad, útiles para que funcionen dispositivos electrónicos, y que tienen un tiempo de vida útil, entonces ¿Porque Volta invento la pila si en la época donde se desarrolló (1800) no había nada eléctrico que necesitara de esa energía almacenada? ¿Cuál era entonces el sentido de inventar la pila?, si nos remontamos a esa época hasta 1880, Edison fabrica un dispositivo eléctrico (Bombilla) que producía luz a partir de la corriente eléctrica, al parecer los principios de Volta trascendieron dentro de la época y hubo otros científicos que le encontraron un uso tal vez diferente al que él se proyectaba.
Cuando María Angélica se pregunta ¿Porque Volta inventó la pila si en la época donde se desarrolló (1800) no había nada eléctrico que necesitara de esa energía almacenada? me hace reflexionar sobre la siguiente cuestión: ¿Las necesidades sociales anteceden a los desarrollos científicos e incluso tecnológicos? o es acaso que ¿la aparición de nuevas investigaciones científicas sobre, por ejemplo en este caso, la posibilidad de almacenar fluido eléctrico, lo que lleva a una construcción de artefactos? y ello extendido a la sociedad, ¿crea necesidades que antes no se pensaban?
Eliminar• Ante la reflexión propuesta, si la ciencia ha evolucionado entorno a las necesidades de la sociedad o por el desarrollo científico y tecnológico. La ciencia en sus inicios procuró resolver cuestionamientos promovidos por los pensadores de la época, donde la intención era entender la naturaleza del mundo y generar conocimiento, pero en algún punto el pensamiento científico dejo de enriquecer el ser y rompió esa visión de ampliar conocimientos para el hombre mismo, tal vez hablando sin un fundamento teórico puntual de apoyo considero que la inmersión de la corriente capitalista genero un cambio drástico de la visión inicial de la ciencia y por ser un sistema económico empezó a funcionar entorno a las necesidades de la sociedad vistas como lucrativas obviamente por el sector privado, entonces considero que hubo un antes y un después, el primero donde la ciencia se preocupaba por ese desarrollo científico , siendo la prioridad la adquisición de conocimiento , el después la prioridad se enmarco en las necesidades de la sociedad pero siempre desde el ámbito lucrativo, donde el conocimiento científico dejo de ser propiedad intelectual del científico y se convirtió en conocimiento cerrado solo para aquello que pudieran acceder a él.
EliminarA propósito de los cuestionamientos realizados, me cuestiono en torno a ¿Cómo la consolidación del conocimiento científico, conlleva a un avance social, académico, tecnológico, cultural?. Considero que la educación científica, o el progreso científico, no lleva consigo un momento histórico determinado de inicio, sino que por el contrario desde siempre, se ha venido consolidado la ciencia y que ha sido la sociedad la que se ha moldeado, cuestionado e instruido en temas en particular, lo que cual ha contribuido a que en la actualidad se reconozcan varios aportes científicos en pro o en contra de la sociedad. Desde los tiempos remotos, las manifestaciones científicas, se han dado gracias a esa necesidad continua de comprender la naturaleza, sin embargo fue hacia 1600, que se consolido la ciencia como una actividad primordial, fundamentada en evolución técnica del conocimiento, y que tal a lo mencionado por mi compañera María Angelica, el sistema capitalista impacto en la consolidación de este conocimiento, haciendo de él algo puramente necesario bajo una necesidad en particular, que bien puede surgir de una situación previamente planeada o estudiada, o simplemente surge a raíz de un resultado no esperado. En ese orden de ideas y en tono al tema de la electricidad, me surge una pregunta, en la actualidad, ¿Cómo se evidencia el aporte científico realizado por Volta o Galvani, en el surgimiento de nuevos estudios científicos?, ¿surgieron más cuestionamientos en torno a sus planteamientos?
EliminarRespondiendo a los diferentes planteamientos presentados por la compañera María Angelica León Sánchez, el primero de ellos que menciona la electricidad animal y el efecto que sorprendió intensamente a Luigi Galvani de esas contracciones musculares en las ancas de la rana, hoy observamos esa estrecha relación de los fenómenos electroquímicos con la medicina en los que se conoce como el potencial de acción de la membrana en las neurona y como este puede generar un voltaje al intercambiar o generar el proceso de difusión de sustancias iónicas al interior y exterior de la membrana en la polarización y despolarización; como lo son el sodio y el potasio en un gradiente de concentración, esto ha llevado a entender no solo la transmisión del impulso nervioso que es de característica eléctrica, entendiendo como los diferentes electrolitos afectan las actividades químicas a nivel celular. De algunas conmociones que en su momento pudieron ser proporcionadas por las descargas eléctricas entender por qué el entumecimiento y la demora por sentir nuevamente asociado a estos fenómenos a nivel celular nervioso.
EliminarEl segundo cuestionamiento
aunque los experimentos de Volta no incluían animales, si incluían seres humanos vivos donde se hacían pasar estas conmociones tanto así que recordemos como el mismo volta experimento en él, en diferentes partes del cuerpo, recolectando datos importantes para su investigación como el adormecimiento, la intensidad y hasta la diferenciación de sabores en su lengua al contacto con las terminales metálicas de su pila. aunque cabe resaltar que él no hablaba de una corriente eléctrica, entendía el fenómeno como el mismo que ocurría en los animales eléctricos, pero indicando que se debía al fenómeno electrostático ya establecido años atrás por ejemplo por William Gilbert, En 1733, el físico y químico francés Charles du Fay y otros científicos.
Para el cuestionamiento de que se invento la pila y no se tenía su función es bueno retomar los principios que traen a los diferentes científicos ya sean químicos físicos o biólogos a investigar, y es la filosofía de la naturaleza, entender la naturaleza y como funcionan los fenómenos que se van presentando en ella, explicarlos y abstraerlos determinado las diferentes teorías. Si bien eran innumerables los experimentos que se tenían sobre el fenómeno eléctrico no se tenía explicación teórica sobre el mismo, su desarrollo condujo a la batería por cuestiones de análisis de la configuración de las estructuras contenidas en los peces torpedo y anguilas, relacionados con la estructura de la botella de Leyden, los cuales eran utilizados para la medicina en su tiempo. Pero al entender y comprender el fenómeno, como las leyes que lo rigen en ese momento se comienza a dar más usos aparte del apoyo y la importancia que fue para la química en la descomposición de compuesto obteniendo los diferentes elementos, no fue hasta que la asociación del flujo eléctrico con la afectación de los campos magnéticos lleva a desarrollar lo que hoy conocemos como maquinas de motor, La fuerza electromotriz seria este resultado entre muchos otros aspectos.
Aunque aquí no se menciona, Volta establece que hay un equilibrio en el fluido, que según entiendo, considera que se rompe cuando se pone en contacto con los hilos metálicos y que para que se reestablezca el equilibrio se dan cambios químicos que como el decía en una de sus obras "no era el momento de discutirlos" (Volta, 1816)
ResponderEliminarDe manera semejante se trae esta idea desde Davy, un equilibrio que es roto por el contacto de los metales y que se restablece por un cambio químico.
Sin embargo, Davy agrega una afirmación importante y es que los polos ejercen atracciones por determinadas sustancias, unas al polo positivo y otras al polo negativo. ¿Es plausible sostener esta hipótesis de la acción de los polos sobre las sustancias para comprender los cambios químicos en las sustancias y al mismo tiempo la corriente eléctrica? ¿Cómo se relaciona la corriente, la tensión y la intensidad de los cambios químicos?
Considero que estos interrogantes van en la linea de los que se plantean Sonia y María Angélica, pues, cómo se relacionan los trabajos mencionados de Volta y Davy con los realizaciones de Faraday que finalmente termina en la formulación de las leyes que relacionan cuantitativamente la cantidad de electricidad con la cantidad de sustancia descompuesta en un proceso electroquímico. Fijémonos que aquí la preocupación se desplaza del cómo funciona el aparato eléctrico artificial de Volta a cómo actúa el fluido eléctrico en contacto con las soluciones conductoras, para ponerlo en los términos de la época.
Las reflexiones realizadas por la profesora Sandra, me permiten cuestionarme el estudio de la electricidad, más allá de la comprensión del funcionamiento del artefacto (pila) y trasladarlo a un análisis fundamentado en el comportamiento o la interacción entre las sustancias conductoras y su influencia en el fluido eléctrico. Si bien, el señor Humphry demostró que las reacciones químicas, además de que podían proporcionar electricidad hasta acabarse, también era posible utilizar esa electricidad para generar nuevas reacciones, esto permitió pensar que la celda voltaica producía electricidad a partir de una transformación química, mientras que en la celda electrolítica, se podía utilizar la electricidad para llevar a cabo múltiples reacciones químicas. En ese punto es importante reflexionar en torno a los planteamientos realizados por Davy, a partir de sus inferencias, la electrolisis permitió el aislamiento de elementos químicos, apoyando la hipótesis de que las atracciones eléctricas, eran las responsables de la formación de los compuestos químicos. Además de ello, a partir de los estudios de Faraday, se empezaba a identificar el movimiento de cationes y aniones a través de la solución, sin embargo fue un fenómeno que generó muchos cuestionamientos, Faraday planteaba que este proceso solo ocurría cuando había un flujo de corriente, sin embargo fueron varias las dudas las que surgieron, algunas de ellas, el hecho de pensar si los electrolitos se disociaban con el paso de la corriente eléctrica por la solución o si su comportamiento se debía a que en solución acuosa se disociaba en iones, lo que favorecía el proceso de corriente eléctrica.
ResponderEliminarla temática que propone la compañera Sonia Viviana Beltrán Catama en los comentarios realizados, si es importante a referirse no solo a los trabajos presentados por Davy, sino también los presentado por el señor Faraday su pupilo y quien llevaría después la continuación a sus diferentes investigaciones, realizando conclusiones muy importantes no solo para el fenómeno eléctrico, si no también para los fenómenos químicos que ocurren en las soluciones, las cuales son afectadas por los flujos eléctricos. Como bien ya se ha referido a la descomposición de las sustancias químicas en solución por el flujo eléctrico con mayor intensidad obtenido de la pila de volta. Sus experimentos llevaron a incluir variaciones tan importantes como la concentración de las soluciones, las variaciones que ocurren al utilizar diferentes ácidos versus los diferentes metales usados como electrodos, indicando lo que ocurre al utilizar diferentes metales o los mismos metales, también influye si la solución tiene una temperatura mayor. Siempre en presencia de aquel instrumento tan importante como es el galvanómetro quien me indica la dirección e intensidad de este flujo, de esta forma determinar que ocurría en cada uno de los electrodos y cual estaba actuando como un polo positivo y cual como un polo negativo. También la cantidad de sustancia que se deposita en el electrodo o del gas desprendido en relación del flujo eléctrico y el tiempo que permanece este flujo. Lo que era realmente importante a destacar es la cantidad de elementos encontrados y determinados en los diferentes compuestos por parte del señor Davy. Lo mas importante que pude extraer de las memorias del señor Faraday en una de sus publicaciones y que lleva a nuestro tema (Investigaciones Experimentales en Electricidad. Decimoséptima Serie Por Michael Faraday Recibido el 30 de enero, Leído el 19 de marzo de 1840) “Pero ahora quiero decir que, aunque en la batería voltaica, dependente por su poder sobre la oxidación del zinc, no creo que la cantidad de la electricidad aumenta o se ve afectada por la combinación del óxido con el ácido” (Faraday 1835). Respondiendo a la segunda pregunta que estas investigaciones de flujos electroquímicos llevaron a entender los procesos de oxido reducción que ocurrían en esos cambios químicos.
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