Reacciones Redox

Reacciones Redox

La electroquímica es la rama de la química que estudia la conversión entre la energía eléctrica y la

energía química

Los procesos electroquímicos son reacciones redox en las cuales la energía liberada por una

reacción espontánea se convierte en electricidad o la energía eléctrica se aprovecha para provocar

una reacción química no espontánea.

Las reacciones redox son aquellas en las que se transfieren electrones de una sustancia a otra.

Una celda electroquímica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una

reacción redox (celda galvánica o voltáica).

En la figura se muestran los componentes de una celda galvánica que corresponde a la celda de

Daniell

Zn | Zn+2(1 M) || Cu+2(1 M) | Cu

Ánodo (+) Cátodo (-)

Oxidación Reducción

Pierde e- Gana e-

Reductor Oxidante

Reacciones de las semiceldas:

Zn Zn+2 + 2 e-

Cu+2 + 2e- Cu

En una celda, el ánodo es por definición, el electrodo donde se lleva a cabo la oxidación, y el

cátodo es el electrodo donde se lleva a cabo la reducción.

En la figura se observa que las soluciones deben estar separadas ya que, si el electrodo de Zinc se

pone en contacto con la solución de CuSO4 se inicia la reacción espontánea siguiente.

Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu

Para completar el circuito eléctrico es necesario colocar entre las 2 semi-celdas un puente salino de

KCl o NH4 NO3 para que los iones se muevan de una semi-celda a otra a través de el.

iones

V

Zn2+ Cu 2+

e34

La corriente eléctrica fluirá del ánodo al cátodo ya que hay una diferencia de potencial entre los 2

electrodos y se mide en forma experimental con un voltímetro.

Otros términos utilizados para el voltaje de la celda son: fuerza electromotriz o fem, y potencial de

celda (E).

El potencial de la celda depende de:

1) La naturaleza de los electrodos y iones

2) de las concentraciones de la solución

3) de la temperatura

Diagrama de Celda para la celda de Daniell:

Zn (s) Zn2+ (1M) Cu2+ (1M) Cu(s)

La línea vertical sencilla representa la interfase entre el electrodo y su solución y la línea vertical

doble representa el puente salino. El ánodo se escribe a la izquierda y el cátodo a la derecha.

La reacción global de la celda es igual a la suma de las 2 reacciones de semi-celda y la fem de la

celda es igual a la suma de los potenciales eléctricos en cada electrodo así para la celda de Daniell.

Ánodo Zn – 2e- Zn2+ EZn

Cátodo Cu2+ + 2e- Cu ECu

Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu Ecelda = EZn + ECu

Conociendo uno de los potenciales de electrodo se puede conocer el otro por sustracción.

Es imposible medir el potencial de un solo electrodo, pero arbitrariamente se le ha dado el valor de

cero al electrodo de hidrógeno, que se toma como referencia. El hidrógeno gaseoso se burbujea en

una disolución de ácido clorhídrico con un electrodo de platino que proporciona la superficie para

que el hidrógeno se disocie y además sirve como conductor eléctrico.

Para la reducción 2H+ + 2e- H2 (1 atm) E0 = 0 Volts

E0 se conoce como potencial estándar de reducción cuando la concentración de la solución es 1M y

todos los gases están a 1 atm de presión. A este electrodo de hidrógeno se llama electrodo estándar

de hidrógeno EEH.

Este electrodo se puede utilizar para medir los potenciales de otros electrodos.

Por ejemplo, para medir el potencial de electrodo del Zn se mide el potencial de la celda

Zn (s) | Zn2+ (1M) || H+ (1M), H2 (1 atm) | Pt

Que da:

E0

celda = E0 Zn + E0

H+

0.76 V = E0

Zn + 0

por lo tanto: E0

Zn / Zn2+ = 0.76 V y para la oxidación de Zn, el potencial de electrodo de reducción

será el mismo pero con signo cambiado

E0

Zn2+ / Zn = -0.76 v

35

Para el Cu el potencial de electrodo de reducción frente al EEH sería de 0.34 V por lo que para la

pila de Daniell el potencial de la celda sería

E0

celda Daniell = E 0

Zn / Zn2+ + E0 Cu2+ / Cu

E0 celda Daniell = 0.76 v + 0.34 v = 1.1 Volts

Puesto que los potenciales estándar de electrodo que se dan en tablas son los de reducción es

conveniente calcular el potencial de la celda como:

E0

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