Celdas electroquimicas

OBJETIVOS

• Explicar el funcionamiento de las celdas electroquímicas
• Reconocer los tipos de celdas electroquímicas
• Identificar las ecuaciones involucradas en los procesos
• Señalar la importancia que poseen las celdas electroquímicas

INTRODUCCION

La vida moderna sería muy diferente sin las baterías. Sería preciso emplear una palanca para arrancar los motores, para dar cuerda a losrelojes, y comprar extensiones larguísimas con el fin de poder escuchar la radio al ir de día de campo. Es un hecho que en la actualidad se depende mucho de las baterías.
Estas baterías o celdas electroquímicas fueron desarrolladas primeramente por los científicos Luigi Galvani y Allesandro Volta por lo que también se les denomina celda galvánica o voltaica.

FUNCIONAMIENTO

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 elvoltaje de la celda

[pic]

ESPONTANEIDAD DE UNA REACCION REDOX

Relacionando el [pic] con algunas cantidades termodinámicas permiten saber la espontaneidad de un proceso determinado. En una celda electroquímica toda la energía química se transforma en energía eléctrica. La carga eléctrica total que pasa a través de la celda es calculada por:

[pic]
Siendo [pic] la Constante deFaraday y [pic] el número de moles de e⁻. Como la fem es el potencial máximo de la celda y el trabajo eléctrico es la cantidad máxima de trabajo ([pic]) que se puede hacer, se llega a la siguiente igualdad:

[pic]
[pic]
[pic]
La energía libre de Gibbs es la energía libre para hacer trabajo, eso significa que el cambio de energía libre representa la cantidad máxima de trabajo útilque se obtiene de la reacción:1

[pic]
Si [pic] es negativo significa que hay energía libre y por lo tanto la reacción es espontanea. Para que ocurra eso el [pic] debe ser positivo. Caso contrario la reacción no procede. Para valores negativos de [pic] muy próximos a cero es posible que la reacción tampoco proceda debido a factores secundarios, como por ejemplo el fenómenode sobretensión. Una reacción espontánea puede ser utilizada para generar energía eléctrica, no es nada más ni nada menos que una Pila de combustible. Mientras que a una reacción no espontánea se le debe aplicar un suficiente potencial eléctrico para que la misma se lleve a cabo. Este fenómeno es conocido como Electrólisis.1 En una celda electroquímica, la relación entre la Constante de equilibrio, K, y laenergía libre de Gibbs se puede expresar de la siguiente manera:

[pic]
Despejando la [pic] se obtiene:

[pic]
Aplicando el logaritmo K en base 10 y suponiendo que la reacción se lleva a cabo a T=298K (25 °C), finalmente llegamos a la siguiente expresión:

[pic]1

TIPOS DE CELDAS ELECTROQUMICAS

Acumulador de plomo
En este tipo de celda la sustancia reductora es el plomometálico, Pb, y la sustancia oxidante el óxido de plomo (IV), PbO ; el ácido sulfúrico, H SO
Aporta los iones H necesarios para la reacción; también aporta iones SO que reaccionan con Pb para formar PbSO sólido.
En esta celda el ánodo es plomo metálico, el cual se oxida. En la reacción de la celda los átomos de plomo pierden dos electrones para formar Pb que se combina con los iones SO...