¿Cómo producimos reacciones químicas con energía eléctrica? 

La electroquímica es la parte de la química que se encarga de estudiar las relaciones entre la energía eléctrica y la energía química. La relación entre ambos tipos de energía, es la que se da en lo que se conoce, genéricamente, como reacciones de oxidación-reducción (reacciones redox). Se llaman así debido a que, lo que se produce en ambos casos en los electrodos son procesos o de oxidación, en uno de ellos y de reducción en el otro.

Si en lo que se denomina una pila electroquímica (ánodo, cátodo y electrolito disuelto) aplicamos una corriente eléctrica externa se puede producir una reacción química. De la misma manera, pero en el sentido inverso, si ponemos los electrodos y la disolución adecuada, se puede producir energía eléctrica a partir de una reacción química, es lo que ocurre en las pilas y las baterías.

Una aplicación de la electroquímica es, por ejemplo, el cromado del acero o de otros metales como el níquel o el cobre, recubriendo el metal que se pone como cátodo. A lo largo de la historia este procedimiento se ha empleado para el recubrimiento de estatuas artísticas que estaban al aire libre o, en un primer momento de la imprenta, para crear las planchas de impresión. Estos procesos se conocen con el nombre general de “galvanoplastia”.

¿En qué consiste el autoabastecimiento energético?

El autoabastecimiento o autosuficiencia se refiere a la no dependencia externa para la supervivencia e implica una independencia de otros, cuando nos referimos al autoabastecimiento energético nos referimos a la generación de energía eléctrica propia no dependiendo de sistemas de suministro de energía eléctrica exteriores , la forma más eficiente de hacer esto a nivel particular es mediante la instalación de paneles solares fotovoltaicos, así transformando la energía solar en energía eléctrica nos convertimos en productores de electricidad para el consumo propio o volcando en la red el excedente.

Para fomentar el autoconsumo la Junta de Andalucía tienen tres publicaciones:

¿Cómo se aprovecha la energía de la pila de hidrógeno?

En las pilas de hidrógeno, se produce una reacción electroquímica que, es en realidad la contraria a la que se produce cuando, mediante la electricidad, descomponemos el agua, en sus dos componentes: hidrógeno y oxígeno. En la pila de hidrógeno ocurre lo contrario, en el ánodo que es donde se encuentra el hidrógeno, se producen protones y electrones. Los protones reaccionan con el oxígeno que se encuentra en el aire y los electrones son obligados a circular por un circuito externo produciendo una corriente eléctrica continua.

2H2 + O2 = 2H2O + electricidad

El proceso electroquímico que tiene lugar es de alta eficiencia y mínimo impacto ambiental, ya que no hay procesos térmicos ni mecánicos intermedios en la producción de electricidad que conlleven perdida de energía.

En general, la energía resultante puede ser aprovechada donde se necesite energía eléctrica. Una de sus primeras aplicaciones fueron los vehículos empleados en la carrera espacial a finales de la década de 1960. En ellos, se combinaba el hidrógeno y el oxígeno almacenados en la nave en una pila de combustible para producir la electricidad que se necesitaba a bordo. En la actualidad, este binomio se usa en submarinos (donde se emplean para que permanezcan sumergidos por más tiempo), sistemas de comunicaciones o aplicaciones portátiles.

En el futuro, trenes, aviones y coches podrán beneficiarse de su utilización. Actualmente, la práctica totalidad de las empresas fabricantes de automóviles del mundo están desarrollado prototipos de vehículos propulsados por pilas de combustible alimentadas con hidrógeno, lo que indica cómo avanzarán los vectores energéticos del futuro.

Para saber más, https://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/sites/default/files/documentos/1_publication.pdf

¿Cómo se llama el proceso químico que se realiza para transformar la energía primaria de los combustibles fosiles en otro tipo de enegía?

En sentido estricto se llama combustión. Cuando hablamos de combustibles fósiles nos referimos al carbón, al gas y al petróleo.

El calor desprendido por la combustión del carbón o del gas puede ser directamente utilizado para transformarlo en energía mecánica en las centrales térmicas, que a través de una turbina y un alternador se convierte en energía eléctrica, se utiliza también directamente para cocinar, calentarse o para generar movimiento en vehículos como las antiguas máquinas de tren.

Por otra parte, la mayor parte del petróleo para su utilización tiene que pasar por un proceso de refino del que se obtienen gasolinas y gasoil que con el calor generado en su combustión son utilizados en motores y otros procesos industriales, también de este proceso se obtienen fertilizantes, alquitranes, alcoholes y otros compuestos químicos utilizados en la industria.

¿Por qué es necesario buscar alternativas para sustituir a los combustibles fósiles?

En necesario utilizar fuentes alternativas de energía para sustituir a los combustibles fósiles para frenar el cambio climático y reducir la contaminación atmosférica en las grandes ciudades. Con la utilización en el transporte, la producción de electricidad o en los procesos industriales de combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas), se produce la emisión de grandes cantidades de CO2, que es el principal responsable del efecto invernadero y del calentamiento global que está produciendo el cambio climático que estamos viviendo.

Evolución de la temperatura promedio de la superficie de la Tierra (derecha, en rojo, en grados centígrados) e incremento del nivel de concentración de CO2 en la atmósfera (izquierda, en verde-azul, en partes por millón (ppm) durante los últimos 110 años. “WMO Greenhouse gas Bulletin”, World Meteorological Organization, Resumen ejecutivo de 25-noviembre-2019 (http://bit.ly/37EcVj5)

¿Es posible obtener distintas energías finales a partir de una misma fuente de energía primaria?

La energía final es la que se utiliza para satisfacer las demandas de la sociedad, la que llega finalmente al usuario, por ejemplo, en la calefacción, la cocina, el transporte, la producción de bienes o servicios.

Fuentes de energía primaria son aquellas que se obtienen directamente de la naturaleza sin necesidad de ser transformada como la que proviene del sol, el viento, el agua, la biomasa, el petróleo, el carbón, etc.

Es posible obtener distintas energías finales a partir de una misma fuente de energía primaria, por ejemplo, se puede quemar carbón en una central térmica para producir electricidad y esta electricidad utilizarse para la calefacción, la industria, el transporte o la iluminación. La energía primaria también se puede utilizar directamente sin necesidad de transformación, por ejemplo, quemar leña para calentarse o mover un velero con la fuerza del viento.

¿Cuáles eran las energías renovables y no renovables del siglo XIX?

Las energías renovables más utilizadas en el siglo XIX eran la madera que se utilizaba para cocinar y calentarse en muchos hogares y el agua y el viento, que movían los molinos. Además, la energía hidráulica tal y como la conocemos hoy en día comenzó a utilizarse para obtener electricidad a finales de ese siglo.

Las energías no renovables eran el carbón, utilizado principalmente en la industria y a finales de siglo para producir electricidad, el gas en el alumbrado público y también hacia finales del siglo el petróleo que a través de la gasolina se utilizó para el funcionamiento de los primeros automóviles.

¿Por qué la energía tiene tantos significados?

La diversidad de significados deriva de la propia etimología de la palabra “energía”, que viene del latín energīa, tomada del griego ἐνέργεια (“enérgeia”, fuerza o capacidad de acción).

Esto ha hecho que en el lenguaje cotidiano se utilice para designar la capacidad o el vigor de personas, organizaciones, actividades, etc.

No obstante, como concepto físico la energía se define como la capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor, etc.

¿Qué relación existe entre la caloría y el julio?

El nombre de caloría, como unidad de calor, se debe a que hace referencia a la vieja teoría del calórico, en la que el calor se consideraba un fluido que se podía expandir por todas las partes de una sustancia. La caloría,  no es una unidad del Sistema Internacional de Unidades (SI, aceptado internacionalmente  y que en España se establece como sistema legal de medidas en un REAL DECRETO 1317/1989, de 27 de octubre de 1989) y, se define, como la cantidad de calor necesaria para elevar un grado  la temperatura en la escala Celsius (desde los 15ºC a los 16ºC) de 1 gramo de agua. Esta definición da origen a la escala de los calores específicos (una para cada sustancia) y que para el agua es 1 cal/g ºC.

Esta unidad fue ampliamente usada, incluso hoy se emplea en algunos aspectos que podemos considerar no científicos, pero fue cuestionada al tiempo que fueron evolucionando los conceptos de calor, energía, trabajo y las leyes de la conservación de la energía. La idea de fluido para el calor fue puesta en cuestión por Benjamín Thompson. Conde de Rumford (1753-1814), al observar en los trabajos de construcción de cañones, como al perforar las piezas para fabricarle el hueco interior (lo que se denomina “el alma”), se producía una gran cantidad de calor, lo que le llevó a relacionar el calor y el movimiento.

Posteriormente Julius Robert Meyer (1814-1878), en sus trabajo sobre la conservación de la energía, observó que el calor no solo estaba asociado al movimiento y al rozamiento, también se producía un descenso de temperatura cuando un gas se expandía y empujaba un cilindro, es decir cuando producía un trabajo mecánico. Este fue el momento de la relación entre calor y trabajo y el que de alguna manera dio origen al concepto moderno de calor. El calor es la energía “en tránsito” de un cuerpo a otro, que están a diferentes temperaturas.  De manera similar a como hay un intercambio de energía entre dos sistemas mediante un proceso mecánico (trabajo).

Desde este momento, se consideró que si tanto el calor como el trabajo no eran más, podemos decir, que dos manifestaciones similares de un intercambio energético, su unidad debería ser la misma y la misma que la de la energía, el julio. En ese momento Mayer llegó a calcular la relación entre la caloría y el julio, 1 cal à 3,6 J. En la actualidad esta equivalencia está cifrada en 1 cal à 4,187 J.

¿Cómo funciona un horno microondas y por qué no se deben introducir objetos metálicos en él?

Los hornos microondas funcionan emitiendo ondas de microondas, que son una clase de ondas electromagnéticas. Cuando una onda electromagnética toma contacto con un objeto metálico genera en su superficie una corriente eléctrica que circula por él, ya que los objetos metálicos son buenos conductores de la electricidad. Y una corriente que circula por un conductor genera calor. Si colocamos un papel de aluminio o recipiente de metal de paredes finas dentro de un microondas puede que el calor generado por las corrientes eléctricas sea tan elevado que termine por fundirlo o incluso evaporar pequeñas porciones, provocando pequeñas explosiones.

Hay otro motivo por el que se recomienda evitar el uso de materiales metálicos dentro de los microondas. Si los objetos metálicos tienen aristas o puntas, pueden concentrar la electricidad estática generada y emitir chispas, que no son más que pequeños arcos eléctricos que saltan por el aire. Si estas chispas caen sobre algún objeto inflamable que hayamos colocado dentro del horno, como papel, cartón, plástico, aceite, etc., pueden hacer que salga ardiendo.

No obstante, si los metales que colocamos dentro del microondas se presentan en forma de grandes piezas sólidas sin bordes puntiagudos, realmente no sucede nada. En este caso, los metales se limitan a reflejar las microondas impidiendo que lleguen al alimento. Por eso, si ponemos un alimento dentro de un papel de aluminio o un recipiente metálico y lo intentamos calentar en el microondas, el alimento seguirá tan frío como cuando lo introdujimos.

Enviada por Ignacio (Sevilla)