CELDAS ELECTROLITICAS
Una celda electroquímica de corriente continua es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas o bien de producir reacciones químicas a través de la introducción de energía eléctrica. Consta de dos conductores eléctricos llamados electrodos, cada uno sumergido en una disolución adecuada de electrólito. Para que circule una corriente en una celda es necesario:1º Que los electrodos se conecten externamente mediante un conductor metálico.
2º Que las dos disoluciones de electrólito estén en contacto para permitir el movimiento de los iones de una a otra
3º Que pueda tener lugar una reacción de transferencia de electrones en cada uno de los dos electrodos.
En la siguiente figura se esquematiza una celda electroquímica sencilla:
Consiste en dos electrodos uno
de zinc y otro de cobre, sumergidos en sus respectivas disoluciones de
sulfato (el electrodo de Zinc sumergido en una disolución de sulfato de
Zinc y el de cobre en una de sulfato de cobre). Ambas disoluciones se
unen por un puente salino, que consiste en un tubo relleno de una
disolución saturada de cloruro de potasio (se puede emplear otro
electrólito). Los extremos del tubo se tapan con unos tapones porosos
que permiten el paso de iones pero no de líquido. De esta forma, a
través del puente se mantiene el contacto eléctrico entre las dos celdas
a la vez que permanecen aisladas la una de la otra.
La celda de la figura de arriba contiene lo que se denomina dos uniones líquidas,
siendo la primera la interfase entre las disolución del sulfato de cinc
y el puente salino; la segunda está en el otro extremo del puente
salino donde la disolución de electrólito del puente contacta con la
disolución de sulfato de cobre. En cada una de esas interfases se
desarrolla un pequeño potencial de unión, el cual puede llegar a ser
importante.
Conducción en una celda:
La carga es conducida por tres procesos diferentes en las distintas pares de la celda mostrada en la figura anterior:
a) En los electrodos de cobre y cinc,así como en el conductor externo, los electrones sirven de portadores, moviéndose desde el cinc, a través del conductor, hasta el cobre.
b) En las disoluciones el flujo de electricidad implica la migración tanto de cationes como de aniones. En la semicelda de la izquierda, los iones cinc migran alejándose del electrodo, mientras que los iones sulfato e hidrógeno sulfato se mueven hacia él; en el otro compartimento, los iones cobre se mueven hacia el electrodo y los aniones se alejan de él. Dentro del puente salino, la electricidad es transportada por migración de los iones potasio hacia la derecha y de los iones cloruro hacia la izquierda. Por tanto, todos los iones en las tres disoluciones, participan en el flujo de electricidad.
c) En las superficies de los dos electrodos tiene lugar en tercer proceso, que consiste en una reacción de oxidación o una reducción que que proporcionan un mecanismo mediante el cual la conducción iónica de la disolución se acopla con la conducción electrónica del electrodo para proporcionar un circuito completo para el flujo de carga. Estos dos procesos de electrodo se describen mediante las ecuaciones:
La siguiente figura resume todo lo dicho hasta ahora sobre las celdas electroquímicas:
Corrientes faradaicas y no faradaicas:
Dos tipos de procesos pueden dar lugar a corrientes a través de una interfase electrodo/disolución. Uno de ellos implica una transferencia directa de electrones vía una reacción de oxidación en un electrodo y una reacción de reducción en el otro. A los procesos de este tipo se les llama procesos faradaicos porque están gobernados por la ley de Faraday que establece que una reacción química en un electrodo es proporcional a la intensidad de corriente; las corrientes resultantes se denominan corrientes faradaicas. En caso contrario se denominan corrientes no faradaicas.
Para comprender la diferencia básica entre una corriente faradáica y no faradaica se puede imaginar un electrón viajando a través del circuito externo hacia la superficie del electrodo. Cuando éste alcanza la interfase de la disolución puede suceder:
a) Que permanezca en la superfície del electrodo y aumente la carga de la doble capa , lo que constituiría una corriente no faradaica
b) Abandonar la superficie del electrodo y transferirse a una especie en la disolución , convirtiéndose en parte de una corriente faradaica.
Celdas galvánicas y electrolíticas:
A) Las celdas galvánicas son aquellas que funcionan de forma que producen energía y las reacciones en los dos electrodos tienden a transmitir espontáneamente produciendo un flujo de electrones desde el ánodo hasta el cátodo (este flujo de electrones se denomina corriente y corresponde a la velocidad de transferencia de la electricidad). También se las conoce como células voltaicas.
En las células galvánicas se origina inicialmente una diferencia de potencial que disminuye a medida que transcurre la reacción, de tal modo que cuando se alcanza el equilibrio este potencial se hace cero. El potencial de la pila corresponde a la diferencia entre los potenciales de las dos semicélulas (del ánodo y del cátodo)
Siendo E el potencial correspondiente. En las celdas galvánicas la reacción se produce espontáneamente, es decir, el potencial E de la pila es positivo.
B) Las celdas electrolíticas son, por el contrario, aquellas que consumen energía eléctrica, o lo que es lo mismo, , necesita una fuente de energía eléctrica externa. Así, una celda galvánica puede funcionar como una celda electrolítica si se conecta el terminal positivo de una fuente de alimentación de corriente continua al electrodo de cobre (con un potencial superior al de la pila galvánica) donde se va a producir la oxidación (ánodo), y el terminal negativo de la fuente al electrodo donde tiene lugar la reducción (cátodo).
En las celdas electrolíticas se necesita aplicar un potencial para que se produzca la reacción por lo que el potencial de la pila es negativo.
Uniones líquidas:
Se denomina unión líquida a la interfase que contiene electrolitos diferentes o bien un mismo electrolito pero de diferente concentración.
Las celdas vistas hasta ahora poseen dos uniones líquidas que se corresponden a la unión de cada uno de los extremos del puente salino con la disolución correspondiente. En estas uniones se desarrolla un pequeño potencial de unión que influye en el potencial total de la pila, por lo que estas uniones líquidas puedn llegar a ser importantes. Por esta razón hay ocasiones en las que es posible y ventajoso eliminar el efecto de estos potenciales de unión construyendo celdas en las que los electrodos tengan un eléctrólito común.
Un ejemplo de este tipo de celdas es la construida con hidrógeno y plata como electrodos:
Esta celda se comporta como una celda galvánica con un potencial de 0,46 V. En ella el platino no participa en la reacción directametne sino que tan solo actúa como receptor de electrones.
Representación de una pila:
Conducción en una celda:
La carga es conducida por tres procesos diferentes en las distintas pares de la celda mostrada en la figura anterior:
a) En los electrodos de cobre y cinc,así como en el conductor externo, los electrones sirven de portadores, moviéndose desde el cinc, a través del conductor, hasta el cobre.
b) En las disoluciones el flujo de electricidad implica la migración tanto de cationes como de aniones. En la semicelda de la izquierda, los iones cinc migran alejándose del electrodo, mientras que los iones sulfato e hidrógeno sulfato se mueven hacia él; en el otro compartimento, los iones cobre se mueven hacia el electrodo y los aniones se alejan de él. Dentro del puente salino, la electricidad es transportada por migración de los iones potasio hacia la derecha y de los iones cloruro hacia la izquierda. Por tanto, todos los iones en las tres disoluciones, participan en el flujo de electricidad.
c) En las superficies de los dos electrodos tiene lugar en tercer proceso, que consiste en una reacción de oxidación o una reducción que que proporcionan un mecanismo mediante el cual la conducción iónica de la disolución se acopla con la conducción electrónica del electrodo para proporcionar un circuito completo para el flujo de carga. Estos dos procesos de electrodo se describen mediante las ecuaciones:
Zn(s) ==== Zn2+ + 2e-
Cu 2+ + 2e- ==== Cu(s)
La siguiente figura resume todo lo dicho hasta ahora sobre las celdas electroquímicas:
Corrientes faradaicas y no faradaicas:
Dos tipos de procesos pueden dar lugar a corrientes a través de una interfase electrodo/disolución. Uno de ellos implica una transferencia directa de electrones vía una reacción de oxidación en un electrodo y una reacción de reducción en el otro. A los procesos de este tipo se les llama procesos faradaicos porque están gobernados por la ley de Faraday que establece que una reacción química en un electrodo es proporcional a la intensidad de corriente; las corrientes resultantes se denominan corrientes faradaicas. En caso contrario se denominan corrientes no faradaicas.
Para comprender la diferencia básica entre una corriente faradáica y no faradaica se puede imaginar un electrón viajando a través del circuito externo hacia la superficie del electrodo. Cuando éste alcanza la interfase de la disolución puede suceder:
a) Que permanezca en la superfície del electrodo y aumente la carga de la doble capa , lo que constituiría una corriente no faradaica
b) Abandonar la superficie del electrodo y transferirse a una especie en la disolución , convirtiéndose en parte de una corriente faradaica.
Celdas galvánicas y electrolíticas:
A) Las celdas galvánicas son aquellas que funcionan de forma que producen energía y las reacciones en los dos electrodos tienden a transmitir espontáneamente produciendo un flujo de electrones desde el ánodo hasta el cátodo (este flujo de electrones se denomina corriente y corresponde a la velocidad de transferencia de la electricidad). También se las conoce como células voltaicas.
En las células galvánicas se origina inicialmente una diferencia de potencial que disminuye a medida que transcurre la reacción, de tal modo que cuando se alcanza el equilibrio este potencial se hace cero. El potencial de la pila corresponde a la diferencia entre los potenciales de las dos semicélulas (del ánodo y del cátodo)
E total = E Cátodo - E Ánodo
Siendo E el potencial correspondiente. En las celdas galvánicas la reacción se produce espontáneamente, es decir, el potencial E de la pila es positivo.
B) Las celdas electrolíticas son, por el contrario, aquellas que consumen energía eléctrica, o lo que es lo mismo, , necesita una fuente de energía eléctrica externa. Así, una celda galvánica puede funcionar como una celda electrolítica si se conecta el terminal positivo de una fuente de alimentación de corriente continua al electrodo de cobre (con un potencial superior al de la pila galvánica) donde se va a producir la oxidación (ánodo), y el terminal negativo de la fuente al electrodo donde tiene lugar la reducción (cátodo).
En las celdas electrolíticas se necesita aplicar un potencial para que se produzca la reacción por lo que el potencial de la pila es negativo.
Uniones líquidas:
Se denomina unión líquida a la interfase que contiene electrolitos diferentes o bien un mismo electrolito pero de diferente concentración.
Las celdas vistas hasta ahora poseen dos uniones líquidas que se corresponden a la unión de cada uno de los extremos del puente salino con la disolución correspondiente. En estas uniones se desarrolla un pequeño potencial de unión que influye en el potencial total de la pila, por lo que estas uniones líquidas puedn llegar a ser importantes. Por esta razón hay ocasiones en las que es posible y ventajoso eliminar el efecto de estos potenciales de unión construyendo celdas en las que los electrodos tengan un eléctrólito común.
Un ejemplo de este tipo de celdas es la construida con hidrógeno y plata como electrodos:
Esta celda se comporta como una celda galvánica con un potencial de 0,46 V. En ella el platino no participa en la reacción directametne sino que tan solo actúa como receptor de electrones.
Representación de una pila:
Por convenio se ha decidido que en la representación de las celdas el ánodo y la información de la disolución con la cual está en contacto se colocan a la izquierda. La información del cátodo a la derecha y ambos separados por dos rayas verticales que representan los límites entre fases a través de las cuales se desarrolla una diferencia de potencial. Así, las celdas representadas hasta ahora se esquematizarían de la siguiente forma:
Zn | ZnSO4 | | CuSO4 | Cu
Pt, H2 | H+ | | Cl-, AgCl | Ag
