Celdas de concentración

5.22 Celdas de concentración
Cuando dos medias celdas están conectadas, se forma una celda electroquímica. La conexión se realiza al llevar las soluciones dentro de las medias celdas en contacto para que los iones pueden pasar entre ellas.
Si estas dos soluciones son las mismas, no hay salida de líquido, y tenemos una celda sin transferencia.
Si estas dos soluciones son diferentes, eltransporte de iones a través de la unión hará cambios irreversibles en los dos electrolitos, y tenemos una celda con transferencia.
La fuerza motriz de una celda puede venir de una reacción química o de un cambio físico.
Cuando la fuerza motriz de una celda tiene un cambio en la composición (concentración) de las especies (o de las presiones de gas), la celda se denomina celda de concentración. Elcambio en la concentración puede ocurrir ya sea en el electrolito o en los electrodos.
Por lo que las celdas electroquímicas pueden ser clasificadas como sigue:

Para formar una celda de concentración en el electrodo, el material del electrodo debe tener una variable en la concentración. Electrodos gaseosos y de amalgama entran en esta clasificación. Un ejemplo de celdas de concentración en elelectrodo, es aquel en el que dos electrodos de amalgama de diferente concentración, son sumergidos en una solución que contiene los iones del metal soluto.
Ánodo (electrodo izquierdo)
Cd(aCd(l)) Cd2+ + 2e
Cátodo (electrodo derecho)
Cd2+ + 2e Cd(aCd(2))

Reacción Total de la Celda
Cd(aCd(l)) Cd(aCd(2))
Hg-Cd(aCd(l))| CdSO4,(solución) | Hg-Cd(aCd(2))

Ԑ=-RT2FlnaCd2aCdlԐ=Ԑ°-RTnFlnaCd2aCdl


n= 2
Ԑ°= 0
Debido a que el estado estándar de la reacción a ambos lados de la celda es la misma






Como vemos arriba, no ocurre cambio químico, y el proceso consiste de la transferencia de Cd desde una amalgama de una concentración, a otra de diferente concentración. El Cd tiende a ser espontaneo de una amalgama de actividad alta a otra de actividad baja.Si aCd(l) > aCd(2), y Ԑ > 0 por lo tanto la reacción se desplaza como indica la reacción de la celda

Si aCd(l) < aCd(2), y Ԑ < 0 por lo tanto el desplazamiento de la reacción es en dirección contraria
Si la actividad del Cd en una amalgama es conocida, la actividad del Cd en otra amalgama puede ser determinada por la medición del emf de la celda
Una celda de concentración de electrodopuede ser construida utilizando dos electrodos los cuales consisten de un gas a diferentes presiones parciales. La siguiente es un ejemplo de una celda de concentración de electrodo de hidrogeno

Pt | H2(P1) | HCl(ac) | H2(P2) | Pt
Ánodo (electrodo izquierdo)
½ H2(P1) H+ + e
Cátodo (electrodo derecho)
H+ + e ½ H2(P2)

Cambio Total
½ H2(P1) ½ H2(P2)

Ԑ=-RT2FlnP2 P1Proceso de Celda

El emf de esta celda está determinado por las presiones de hidrógeno
Se ha encontrado que ZrO2 (s) es estabilizada con CaO o YO1.5, es un conductor iónico de los iones de oxígeno en ciertos rangos de presión de oxígeno y la temperatura. Al hacer uso de este material como electrolito sólido, una celda de concentración de oxígeno puede ser construida

Pt, O2(g, PO2(a) ) | ZrO2+CaO | O2(g, PO2(c) ), Pt

Ԑ=-RT2FlnPO2(a) PO2(c)

Ánodo (electrodo izquierdo)
O2- ½ O2(PO2(a)) + 2e
Cátodo (electrodo derecho)
½ O2(PO2(c)) + 2e O2-½ H2(P2)

Cambio Total
½ O2(PO2(c)) ½ O2(PO2(a))
Proceso de Celda










Tubo protector
(Al2O3)
Filamento de Pt
(Conductor eléctrico)
PO2
Electrodo de referencia
ZrO2 (+CaO)
Conductoriónico
PO2
(a ser medidos)

Diagrama esquemático de una celda de concentración de oxigeno
(Sensor de oxigeno)










Este tipo de celda concentración de oxígeno es llamada sensor de oxígeno que es de gran utilidad en procesos de alta temperatura de metales y materiales y en procesos de combustión. El sensor de oxígeno con un diseño adecuado permite las...