Electroquímica y celdas voltaicas

5.9. Electroquímica y celdas voltaicas  

Electroquímica

 Estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. las reacciones químicas que se dan en la interfase de un conductor eléctrico llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido.

Se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o temporalmente, en un entorno conectado a un circuito eléctrico.

Celda voltaica [pic 1]

 [pic 2]

Una celda voltaica es un dispositivo para producir energía eléctrica a partir de una reacción redox. La principal característica de la celda voltaica es la pared porosa que separa las dos soluciones evitando que se mezclen. La pared es porosa para que los iones la atraviesen. La hemicelda del ánodo adquiere un exceso de iones de Zn positivos (para mantener la neutralidad eléctrica necesita iones negativos), al mismo tiempo, la hemicelda del cátodo consume iones de Cu (para mantener la neutralidad, éste debe eliminar iones negativos). Los iones SO4= atraviesan la pared porosa para satisfacer la neutralidad eléctrica de ambas hemiceldas.

Una celda voltaica aprovecha la electricidad de la reacción química espontánea para encender una lamparita, es decir, convierte energía potencial química en energía eléctrica. Las tiras de zinc y cobre, dentro de disoluciones de ácido sulfúrico diluido y sulfato de cobre respectivamente, actúan como electrodos (el derecho actúa como cátodo y el izquierdo como ánodo). El puente salino (en este caso cloruro de potasio) permite a los electrones fluir entre las cubetas sin que se mezclen las disoluciones. Cuando el circuito entre los dos sistemas se completa la reacción genera una corriente eléctrica.

Ejemplo de cómo se realiza una pila galvánica

Pila galvánica: es un proceso de redox espontaneo. En ellas los electrones se mueven por un conductor eléctrico desde el ánodo, que contiene a la sustancia   reductora, hasta el cátodo que contiene a la sustancia occidente. Este proceso puede ser aprovechado para generar trabajo eléctrico.

Procedimiento

Materiales:

• Sulfato de cobre dos (disolución, concentración 0,1 molar)
• Sulfato de zinc (disolución, concentración 0,1 molar)
• Disolución saturara de cloruro de potasio
• Electrodo de zinc
• Electrodo de cobre
• Tuvo en “u”
• Algodón
• Cables cocodrilo

Procedimiento

1. Añadir 75 mililitros de cada disolución en vasos de precipitados

[pic 3]

1. Llenar un tuvo en “u” como una disolución saturara de cloruro de potasio, poniendo en cada extremo un trozo de algodón

[pic 4]

1. Posteriormente se introduce cada uno de los extremos del tuvo en u en un vaso de precipitado y se sujeta con una pinza a un soporte  

[pic 5]

1. Se sumerge un electrodo de zinc en el vaso de precipitado que contiene la disolución de zinc y un electrodo de cobre  en el vaso precipitado que contiene la disolución de sulfato de cobre

[pic 6]

1. Se conectan los electrodos al voltímetro, la celda que contiene al electrodo de zinc es donde se produce la oxidación mientras que la celda que contiene el electrodo de cobre actuara como cátodo   dando su lugar en ella la reducción

 [pic 7]

1. La lectura de diferencia de potencial marcada por el voltímetro  da cuenta del trabajo eléctrico   y nos permite corroborar la aproximación de la diferencia de potencial obtenida a través de la ecuación de nernst.

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

5.10. Celdas voltaicas de uso práctico

Pila Daniell  (Pila eléctrica):  una pila Daniell está formada por un electrodo de zinc sumergido en una disolución diluida de sulfato de zinc y otro electrodo de cobre sumergido en una disolución concentrada de sulfato de cobre. Ambas disoluciones están separadas por una pared porosa. En esta situación la tensión de disolución del zinc es mayor que la presión osmótica de los iones Zn++ y el electrodo se disuelve emitiendo Zn++ y quedando cargado negativamente. En la disolución de sulfato de cobre, debido a su alta concentración de iones Cu, depositándose Cu++ sobre el electrodo de este metal que de este modo queda cargado positivamente. En estas condiciones existirá una diferencia de potencial de 1 voltio aproximadamente entre ambos electrodos.

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