Una pila de limón es uno de los experimentos de ciencias más realizados en escuelas de todo el mundo y demuestra el funcionamiento básico de una celda electroquímica. Para realizar este experimento se necesita un limón, cuánto más zumo tenga mejor, un clavo de acero galvanizado (va cubierto de zinc) y una pieza de cobre (puede ser una moneda o cualquier utensilio doméstico de cobre).
También se necesita un cable con pinzas dentadas en cada extremo y un voltímetro para detectar el paso de corriente eléctrica. Se puede encontrar un voltímetro en cualquier tienda de material eléctrico. También se pueden utilizar pequeños LEDs u otros dispositivos eléctricos para comprobar que la pila de limón produce electricidad, aunque estos dispositivos pueden requerir el uso de más limones.
¿Cómo funciona?
Una pila de limón produce electricidad a través de una reacción química que se produce al introducir metales en el zumo del limón. El zumo del limón es bastante ácido, lo que ayuda a romper la estructura atómica de los metales, como cobre y zinc, liberándose electrones que generan la corriente eléctrica.
En este experimento se suelen utilizar dos metales distintos. Por un lado un clavo galvanizado, que está recubierto de zinc y actúa de ánodo:
Zn → Zn2+ - 2 e-
En el otro lado se suele utilizar un objeto de cobre, como una moneda de cobre, que actúa de cátodo:
Cu++ + 2e- → Cu
Cuándo ambos metales se unen por un cable conductor, creando un circuito, los electrones fluyen a través del conductor y puede ser detectado con un voltímetro u otro dispositivo que permita detectar corriente eléctrica.
Se puede utilizar otra combinación de metales, como magnesio y cobre, que dará una pila más eficiente con una mayor producción de electricidad pero se suele utilizar zinc/cobre por ser más seguro y fácil de manejar. Similares resultados se obtendrían también sustituyendo el limón por otro medio que contenga ácido u otro electrolito que se pueda utilizar, por ejemplo patata o manzana, pero es mejor el limón por su mayor acidez.
¿Cómo fábricar la pila de limón?
Primero, se debe insertar la moneda de cobre o cables de cobre en un lado del limón. En otro lado se inserta el clavo galvanizado. Es muy importante que ambos metales no entren en contacto directo ni tocar los dos metales a la vez, hay que manejar primero uno y luego el otro. Si se tocan los dos a la vez se cerraría el circuito eléctrico y sentiría una pequeña descarga.
Creación de la corriente
El clavo y la moneda se han convertido ahora en los electrodos de nuestra pila. Ambos, el cobre y el zinc, permiten que los electrones se muevan a través de ellos y por ello se consideran unos excelentes conductores de electricidad. La moneda de cobre actúa de polo positivo mientras que el clavo galvanizado cubierto de zinc actúa de polo negativo.
Gracias al ácido del jugo de limón, se liberan electrones en el ánodo (zinc) que tenderán a moverse hacia el cátodo (electrodo positivo). La rapidez con la que fluyen estos electrones esmedida como amperaje mientras que la tensión eléctrica es medida como voltaje.
Medida de voltaje
Una única batería o pila de limón produce un voltaje muy pequeño, se puede decir que insignificante, lo que hace que fabricar una pila de limón sea un experimento seguro y que por ello sea tan utilizado en escuelas de todo el mundo. Para medir este pequeño voltaje se ha deutilizar un voltímetro relativamente sensible. Para conectar el voltímetro, tenemos que unir la pinza del lado positivo (el cable rojo) a la moneda de cobre (cátodo) y la pinza negativa del voltímetro hay que unirla al clavo galvanizado (ánodo).
El voltímetro en esta configuración debe detectar la corriente eléctrica generada por la pila de limón, aunque leve, generalmente por debajo de 0,10 V (voltios). Esta cantidad de electricidad no es ni siquiera suficiente para hacer funcionar un pequeño dispositivo, como un reloj o una bombilla, pero demuestra que se genera electricidad eléctrica gracias a la reacción química que tiene lugar entre el limón y los metales.
Aumento de la electricidad
Aunque una pila de limón es funcional, la cantidad de electricidad producida es muy baja. Cada pila de limón única se comportaría como una celda electroquímica, similar a una pila seca. Se pude añadir voltaje adicional incrementando el número de celdas, esto es, añadiendo más limones conectados en serie formando una batería. Esta unión se ha de hacer mediante un cable que una el cátodo o electrodo positivo de un limón con el ánodo del siguiente limón.
Al unir en serie aproximadamente cuatro pilas de limón se puede obtener energía eléctrica suficiente para hacer funcionar una pequeña luz tipo LED.
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