CELDA ELECTROQUIMICA (CELDA DE DANIELL) y FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM)

¿Qué son las celdas electroquímicas?

Introducción a las celdas electroquímicas

• José presenta el tema del video, que se centra en las celdas electroquímicas, su funcionamiento y la celda de Daniel.

• Se observa una reacción espontánea al introducir una barra de zinc en una solución de cobre (II), donde el cobre metálico comienza a depositarse sobre la barra.

Reacciones de óxido-reducción

• La reacción implica que el zinc elemental se oxida al pasar a solución como Zn²⁺, mientras que Cu²⁺ se reduce a cobre elemental.

• Se explica que en los procesos de oxidación hay pérdida de electrones y en la reducción hay ganancia de electrones.

Semi reacciones

• Las reacciones redox pueden separarse en semi reacciones: oxidación (pérdida de electrones por el zinc) y reducción (ganancia de electrones por el cobre).

• Al sumar ambas semi reacciones, se confirma que siempre hay un proceso de oxidación acompañado por uno de reducción.

Funcionamiento de la celda electroquímica

• La transferencia o flujo de electrones puede generar corriente eléctrica en una celda electroquímica, también conocida como celda galvánica o pila.

• En estas celdas, los procesos redox ocurren en compartimientos diferentes llamados semiceldas.

Estructura y componentes

• Cada semicelda contiene un metal (electrodo) sumergido en una solución con sus iones; los electrodos están conectados mediante un circuito externo para permitir la circulación electrónica.

• El circuito se cierra mediante un puente salino que mantiene el equilibrio iónico entre las semiceldas.

Ejemplo: Celda de Daniel

• La celda de Daniel fue inventada por el químico británico Daniel en 1836; consiste en dos semiceldas: una con zinc y otra con cobre.

• Los electrodos están sumergidos en soluciones correspondientes (ZnSO₄ y CuSO₄), permitiendo así la circulación electrónica a través del conductor externo.

Observaciones durante la reacción

• Cuando está montada, los electrones comienzan a circular; esto genera corriente eléctrica observable mediante un voltímetro.

• Se describe cómo los átomos elementales del zinc pasan a ser iones Zn²⁺ mientras que Cu²⁺ se deposita como cobre metálico.

Migración iónica y equilibrio

• Durante la reacción, hay migración iónica donde los cationes positivos aumentan su concentración mientras que los aniones migran hacia otras regiones para mantener el equilibrio.

Reacciones Electroquímicas en Celdas

Estructura de la Celda Electroquímica

• La celda electroquímica se representa con el zinc reaccionando con cobre más 2, formando zinc más 2 y depositando cobre en estado elemental. El ánodo (oxidación) se sitúa a la izquierda y el cátodo (reducción) a la derecha.

• Se utiliza una doble barra para representar el límite entre los compartimientos de semicelda de oxidación y semicelda de reducción, simbolizando puentes salinos que separan las fases de solución y metal.

• En la celda de Daniel, el ánodo es el zinc y el cátodo es el cobre, separados por un puente salino. Esto permite observar cómo se lleva a cabo la oxidación y reducción.

Flujo de Electrones y Fuerza Electromotriz

• El electrodo donde ocurre la oxidación está en contacto con iones de zinc más 2, mientras que el cátodo está en contacto con iones de cobre más 2. Ambas concentraciones son un molar.

• La electricidad se genera por el flujo de electrones desde el ánodo hacia el cátodo debido a una diferencia de potencial llamada fuerza electromotriz (fem), medida en voltios mediante un voltímetro.

Condiciones Estándar y Energía Libre

• Si la diferencia de potencial es positiva, la reacción es espontánea; esto está relacionado con la energía libre según una ecuación específica.

• Los procesos espontáneos ocurren con disminución de energía libre. Un valor positivo indica que habrá una disminución en esta energía libre durante un proceso espontáneo.

• Las condiciones estándar incluyen concentraciones de un molar o una atmósfera para gases, a temperatura ambiente (25 grados centígrados). Esto establece un potencial estándar para las celdas electroquímicas.

Potencial Estándar en Celdas