Celdas Galvánicas

La electroquímica es la exploración de la creación de electricidad a partir de energía, que se libera de reacciones químicas espontáneas y utiliza energía eléctrica para provocar reacciones químicas no espontáneas. La reacción química en la que una sustancia pierde un electrón y otra lo gana se denomina reacción redox. En este, la transferencia de electrones se produce debido a la corriente eléctrica. Hay dos tipos de celdas: celdas galvánicas y celdas electrolíticas. Este artículo cubrirá la comprensión de la celda galvánica, su funcionamiento con la ayuda de las reacciones y aplicaciones redox.

Un sistema electroquímico es un arreglo en el que la energía química de una reacción espontánea se convierte en energía eléctrica. Una celda electroquímica con una fuerza electromotriz casi constante se llama celda estándar. 

Celdas Galvánicas

Los dispositivos en los que la reacción química produce energía eléctrica se denominan celdas electroquímicas o celdas galvánicas o celdas voltaicas. En estos dispositivos, la energía de Gibbs de la reacción redox espontánea se convierte en trabajo eléctrico que se puede utilizar para impulsar un motor o alimentar equipos eléctricos como calentadores, ventiladores, géiseres, etc.

Estas celdas son muy importadas debido a sus muchas aplicaciones prácticas. Un ejemplo temprano de la celda galvánica es la celda de Daniels inventada por el químico británico John Daniels en 1836.

La celda de Daniel se construyó en base a la reacción redox:

Zn(s) + Cu² ⁺ (ac)+ → Zn² ⁺ (ac)+ Cu(s)

En estas celdas, las reacciones de oxidación y reducción ocurren en contenedores autónomos llamados medias celdas , y la reacción redox es espontánea. La energía eléctrica se genera durante reacciones análogas. Representación General de una Celda Galvánica:

M ₂ (s)/M₂ ⁿ⁺ (ac) || M₂ ⁿ⁺ (acuoso)/M₂(s)

ÁNode → Oxidación 

Cátodo → Reducción

Metales tradicionales utilizados: Zn y Cu

Galvani descubrió que si dos metales se sumergen en una solución salina y se conectan mediante un cable o se tocan por n, una corriente eléctrica mueve el músculo.

• La celda de Daniel es una celda galvánica en la que se utilizan zinc y cobre para la unión redox.
• Efluentes de electrones del áNode al cátodo. La polaridad negativa se especifica para el áNode y la polaridad positiva se especifica para el cátodo en el circuito extraño,
• Una pequeña cantidad de cada metal se disuelve para formar los iones Zn y Cu correspondientes, lo que lleva a una reacción de oxidación-reducción.

Zn° → Zn² ⁺ + 2e

Cu² ⁺ + 2e ^– → Cu

• Los electrones se transfieren de Zn a Cu² a través de los músculos, que se contraen con la excitación.
• El zinc es un agente reductor y el cobre es un agente oxidante. Las medias celdas son bien conocidas como electrodos.
• La reacción es la misma: Zn oxidado y Cu ²⁺ reducido
• En este caso, el Zn entra directamente en contacto con los iones de cobre en la solución.
• Y los electrones van directamente del metal al ion.
• En la reacción de Galvani, Galvani dividió la reacción en dos medias reacciones, usando agua salada y músculos.

Características de la celda galvánica

1. No hay evolución de calor.
2. La solución permanece neutral en ambos lados.
3. La reacción y el flujo de electrones se detienen después de un tiempo.

Aplicación de series electroquímicas.

Las aplicaciones de las series electroquímicas incluyen la comparación de la reactividad de los metales.

• Al comparar el comportamiento oxidativo y reductor de los elementos.
• En el cálculo de la fem de la celda.
• En conservación el metal de la corrosión.
• En la profecía la factibilidad de una reacción.
• En profecía la estabilidad térmica de los rusts metálicos.
• En profecía el producto de la electrólisis.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Calcular Δ _r G ^φ para la reacción: 

Mg(s)+Cu ² + (aq) → Mg ² (aq)+Cu(s)

Dado E ⁰ _celda =2.71 V, 1F = 96500 C mol ^-1

Responder:

Δ _r G ^φ =-nF E ^o _celda =2.71 V,1 F=96500 C mol ^-1, n = 2 

Δ _r G ^φ =-2*96500 C mol ^-1 *2.71 V

=-523030 J mol ^-1   (1CV = 1J)

=-523.080 kJ mol- ¹

Pregunta 2: Se ha encontrado que el ΔG ^φ para la celda de Daniell es -212,3 kJ a 25 °C. Calcule la constante de equilibrio para la reacción de la celda.

Responder:

ΔG ^φ =-RT ln K _c

ΔG^ =-212,3 kJ=-212300 J, T=298 K

Aquí R=8.314.K ^-1 mol ^-1

o ln(K _c ) = 212300/(8.314 * 298) = 85.69

K _c = 1.64 * 10 ³⁷

Pregunta 3: ¿Se puede medir el potencial de electrodo absoluto de un electrodo?

Responder:

No, no se puede medir el potencial de electrodo absoluto de un electrodo.

Pregunta 4: ¿Puede E ^φ _celda Δ _r G ^φ para una reacción de celda alguna vez ser igual a cero?

Responder:

No, ΔG =nFE ^o , si E ^o es cero, la reacción de la celda no ocurrirá.

Pregunta 5: ¿Qué significa el signo negativo en la expresión E ^o _{Zn ²⁺ /Zn} =-0.76 V?

Responder:

Significa que el zinc es más reactivo que el hidrógeno. Cuando el electrodo de zinc está conectado a SHE, el zinc se oxidará y el H ⁺ se reducirá.

Pregunta 6: Una celda galvánica tiene un potencial eléctrico de 1,1 V. Si se aplica un potencial opuesto de 1,1 V a esta celda, ¿qué pasará con la reactancia de la celda y la corriente que fluye en la celda?

Responder:

Cuando el potencial opuesto se vuelve igual al potencial eléctrico, la reacción de la celda se detiene y no fluye corriente a través de la celda. Por lo tanto, no tiene lugar ninguna reacción química.