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Celdas electroquimicas
- 1. CELDAS ELECTROQUIMICAS. La celdaelectroquímica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea en donde la sustancia oxidante está separada de la reductora de manera que los electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora hacia la oxidante. En una celda el agente reductor pierde electrones por tanto se oxida. El electrodo en donde se verifica la oxidación se llama ánodo. En el otro electrodo la sustancia oxidante gana electrones y por tanto se reduce. El electrodo en que se verifica la reducción se llama cátodo. La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de energía potencial entre los electrodos. La diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide en forma experimental con un voltímetro, donde la lectura es el voltaje de la celda. Partes de una Pila o celda: Se constituyen de 3 partes que son: Electrodo de oxidación (Ánodo, pérdida de electrones) Electrodo de reducción (Cátodo, ganancia de electrones)
- 2. Medio parala transferencia de carga Potenciales de electrodo y fuerza electromotriz de una pila El potencial o fuerza electromotriz de una pila se puede predecir a través de la utilización de los potenciales de electrodo, las tensiones de cada semicelda. (Ver tabla de potenciales de electrodo estándar). La diferencia de voltaje entre los potenciales de reducción de cada electrodo da una predicción para el potencial medido de la pila. E pila=E cátodo - E ánodo Los potenciales de pila tienen un rango posible desde 0 hasta 6 voltios. Las pilas que usan electrolitos disueltos en agua generalmente tienen potenciales de celda menores de 2,5 voltios, ya que los oxidantes y reductores muy potentes, que se requerirían para producir un mayor potencial, tienden a reaccionar con el agua. Tipos de celda Hay dos tipos fundamentales de celdas y en ambas tiene lugar una reacción redox, y la conversión o transformación de un tipo de energía en otra: Celda galvánica La celda galvánica o celda voltaica transforma una reacción química espontánea en una corriente eléctrica, como las pilas y baterías. Las celdas galvánicas se clasifican en dos grandes categorías: A) Las celdas primarias transforman la energía química en energía eléctrica, de manera irreversible (dentro de los límites de la práctica). Cuando se agota la cantidad inicial de reactivos presentes en la pila, la energía no puede ser fácilmente restaurada o devuelta a la celda electroquímica por medios eléctricos.
- 3. B) Las celdassecundarias pueden ser recargadas, es decir, que pueden revertir sus reacciones químicas mediante el suministro de energía eléctrica a la celda, hasta el restablecimiento de su composición original. Celda electrolítica El segundo gran tipo de celdas electroquímicas convierte la energía de una corriente eléctrica en la energía química de los productos de una reacción que no se da de modo espontáneo en las condiciones de trabajo de dicha cuba. El voltaje de dicha corriente ha de ser mayor al que tendría la celda galvánica en la que se produjese el proceso inverso, por lo que también se deben conocer los potenciales de reducción. Ejemplo: Los potenciales de reducción del cobre (II)/cobre y del zinc (II)/Zinc valen respectivamente +0,34 V y -0,76 V. Una pila o celda galvánica que aprovechara la reacción espontánea Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu proporcionaría una fuerza electromotriz de +0,34 V -(-0,76 V)=1,10 voltios.
- 4. Si ahora queremosprovocar la reacción contraria Cu + Zn2+ → Cu2+ + Zn por ejemplo para depositar Zn sobre un objeto metálico, habremos de introducir una fuente de alimentación que genere una diferencia de potencial de más de 1,10 voltios. Por tanto, en la célula electrolítica existe igualmente una reacción redox pero ahora está provocada por la energía eléctrica de las cargas que atraviesan la cuba. Aunque ahora existe un único recipiente, también existen dos semireacciones, una en cada electrodo, pues en cada una de ella tiene lugar una parte de la reacción redox: La pérdida de electrones (oxidación) tiene lugar en el ánodo. La ganancia de electrones (reducción) se produce en el cátodo. Un ejemplo es la electrolisis del agua cuando se le hace pasar una corriente eléctrica. Reacciones REDOX Cada vez que utilizamos un motor, una lámpara eléctrica o calórica o una bujía para encender la gasolina en una máquina de combustión interna, utilizamos el flujo de electrones para realizar trabajo. En el circuito que enciende un motor, la fuente de electrones es la batería que contiene dos especies químicas con diferente afinidad por los electrones. Los cables proveen del camino para el flujo de los electrones desde las especies en un polo de la batería, a través del motor a las especies químicas en el otro polo de la batería. Debido a que estas dos especies químicas difieren en su afinidad por los electrones, el flujo de electrones es espontáneo a través del circuito con una fuerza proporcional a la diferencia en la afinidad electrónica, i.e. la fuerza electromotriz (FEM). La FEM, típicamente de algunos voltios (volts), es acompañada de trabajo si se coloca un transductor de energía apropiado –en este caso el motor- en el circuito. Este acoplamiento del flujo de electrones y el trabajo, es utilizado por el motor para diferentes finalidades.
- 5. Las células poseenun circuito biológico análogo al motor, con compuestos relativamente reducidos como la glucosa como fuente de electrones. Como la glucosa es oxidada enzimáticamente, el flujo de electrones migra espontáneamente a través de una serie de intermediarios acarreadores de electrones a otras especies como el O2. Este flujo de electrones es exergónico porque el O2 posee una elevada afinidad por los electrones comparada con los intermediarios acarreadores de electrones. La FEM resultante provee de energía a una variedad de transductores moléculaeculares de energía (enzimas y otras proteínas) que hacen trabajo biológico. En la mitocondria, por ejemplo, existen enzimas membranales que acoplan el flujo de electrones a la producción de una diferencia transmembranal de pH, lo cual es acompañando por trabajo osmótico y eléctrico. El gradiente de protones es energía potencial, a menudo denominada fuerza protón-motriz por analogía con la FEM. Por otra parte la enzima ATPsintasa ubicada en la membrana interna mitocondrial, utiliza esta fuerza protón-motriz para hacer trabajo químico, es decir, la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi a medida que los protones migran espontáneamente a través de la membrana. Las oxidaciones y reducciones ocurren de manera concertada, pero es conveniente para describir la transferencia de electrones considerarlas en mitades, una de oxidación y otra de reducción. http://apuntescientificos.org/celdas-qbp.html https://es.wikipedia.org/wiki/Celda_electroquímica laquimicaylaciencia.blogspot.com/2011/03/1-celdas- electroquimicas.htm