CELDAS ELECTROQUÍMICAS FUNDAMENTOS

CELDAS ELECTROQUÍMICAS FUNDAMENTOS
EN EL CAPÍTULO ANTERIOR se han descrito algunas de las principales características de los semiconductores. Se verá ahora el funcionamiento de estos materiales en celdas electroquímicas, por lo que resulta necesaria una breve revisión de los conceptos básicos de la electroquímica.
Recientes descubrimientos arqueológicos han llevado a los científicos a postularque ciertos procedimientos electroquímicos ya eran conocidos hace más de 2 mil años. Sin embargo, los inicios de la electroquímica como ciencia formal se sitúan en los últimos años del siglo XVIII. En 1786, Luigi Galvani descubrió una interesante relación entre las contracciones musculares de un anca de rana y ciertos impulsos que se obtenían al hacer contacto dos metales diferentes.Posteriormente, en 1796, Alessandro Volta estableció que, al formar uniones con diferentes metales, se generaba un potencial eléctrico que originaba las contracciones observadas por Galvani. De los nombres de estos científicos han surgido dos de los términos más conocidos en electroquímica: "voltaje", para designar el potencial de un sistema eléctrico, y "celda galvánica" para nombrar los dispositivos quetransforman energía química en energía eléctrica, como son, por ejemplo las pilas que se utilizan a diario en radios, linternas, etcétera.
Una celda galvánica común está constituida básicamente por dos piezas metálicas, llamadas electrodos, y una solución que contiene iones, denominada electrólito. Los electrolitos son generalmente líquidos, pero algunas celdas de gran importancia tecnológicautilizan electrólitos sólidos o en forma de pasta.
El aspecto fundamental de una celda galvánica, como el de cualquier sistema electroquímico, es la transferencia de carga eléctrica entre materiales con diferentes características: por un lado, los electrones metálicos, donde los portadores de carga son únicamente los electrones (conducción electrónica) y, por otro lado, el electrólito, donde laconducción se establece con base en iones negativos (aniones) y de iones positivos (cationes) (conducción iónica). Las reacciones químicas que ocurren en las interfases1 electrodo/electrólito generan el flujo de corriente eléctrica que proporciona la celda. Por ejemplo, una celda galvánica constituida por dos compartimientos -semiceldas-, como se muestra en la figura 35, actúa de la siguiente forma:Átomos neutros Mg0 del electrodo de magnesio liberan electrones y pasan a la solución como iones Mg2+
Mg0 — 2e — = Mg2+
Los electrones generados pasan a través de la conexión exterior al electrodo de cadmio, fluyen hacia la interfase y ahí reaccionan con los iones Cd2+ presentes en la solución:
Cd2++2e— = Cd0
El movimiento interno de iones -a través del puente salino- ayuda a mantener laelectroneutralidad completando el circuito. El puente salino es un medio iónico de baja resistividad que permite el paso de los iones pero evita que las soluciones se mezclen directamente. Esta celda permite el aprovechamiento de la energía química en forma de trabajo eléctrico, ya que mantiene unidos a los electrodos mediante una resistencia externa por la que fluyen los electrones. Es este flujoelectrónico el que proporciona la energía para que un aparato funcione.
Cuando los electrodos se hallan en contacto directo (corto circuito), no se obtiene trabajo útil; por el contrario, sólo se malgastan los materiales. Este fenómeno constituye lo que conocemos como corrosión, que tantas pérdidas económicas y materiales ocasiona en todo el mundo. Un caso muy conocido es la degradación del hierro paraformar un polvo pardo rojizo, que es el óxido de hierro (Fe2 O3). La reacción global es
4Fe + 3O2 + 2x H2O 2Fe2 O3 (H2O)x
La humedad del aire es suficiente para actuar como electrólito. Si se tiene la presencia de sales, como ocurre en las zonas cercanas al mar; la corrosión se acelera notablemente.
El solo hecho de poner en contacto un metal con una solución de sus propios iones genera un...