Reacciones de óxido reducción: celdas electroquímicas, fuentes de poder y electrolíticas

Práctica 6
Reacciones de óxido reducción: celdas electroquímicas, fuentes de poder y
electrolíticas

Objetivo general
Construir celdas electroquímicas para generar electricidad o especies químicas
Objetivos específicos



Plantear las medias reacciones o semireacciones que ocurren en una celda
galvánica y una celda electrolítica.
Instrumentar los dispositivos que permitan llevar acabo, reacciones redox, para
la producción de la electricidad (fuentes de poder) o para la producción de especies
químicas mediante la aplicación de corriente directa (celdas de electrólisis).

Consideraciones teóricas
En una reacción de oxidación-reducción (redox) ocurre una transferencia de
electrones del agente reductor al agente oxidante. La oxidación implica una pérdida de
electrones(un aumento del número de oxidación) y en la reducción hay una ganancia
de electrones (una disminución del número de oxidación)
Con el fin de entender el modo en que una reacción redox puede ser empleada para
generar corriente, consideremos la reacción entre el MnO4- y el Fe2+:
8H+(ac) +MnO4-(ac) +5Fe2+(ac)  Mn2+(ac) + 5Fe3+(ac) + 4H2O(l)
En esta reacción, al Fe2+ se oxida y el MnO4- sereduce; hay una transferencia de
electrones del Fe2+ /el agente reductor) al MnO4- (ele agente oxidante).
Resulta útil dividir las reacciones redox en medias reacciones, una para la oxidación y
otra para la reducción. En la reacción anterior, las medias reacciones son:
Reducción: 8H+ +MnO4- + 5e- Mn2+ + 4H2O
Oxidación: 5(Fe2+  Fe3+ + e-)
La multiplicación de la segunda reacción por 5, indica queéste necesita ocurrir cinco
veces por cada vez que tenga lugar la primer reacción.
Cuando el MnO4- y el Fe2+ se encuentran en una misma disolución, los electrones se
transfieren de manera directa al chocar los reactivos. En estas condiciones no se
obtiene ningún trabajo útil de la energía producida por esta reacción, la cual se libera
en forma de calor. Para aprovechas esta energía, la clavees separar los agentes
oxidante y reductor, haciendo que la transferencia de electrones se realice a través de
un alambre. La energía producida en el alambre, debido al flujo de electrones, puede
hacerse pasar entonces por un aparato como, por ejemplo, un motor eléctrico, y
producir trabajo útil.

Celda galvánica
Considera el sistema que se muestra en la Figura 1(a), en este aparato no secrea un
flujo sostenido de electrones, debido a que en los dos compartimientos se acumula la
carga y la corriente deja de fluir. Este problema se resuelve conectando un puente
salino (un tubo en forma de “U” que se llena con un electrolito, Figura 1 (b)), el cual
genera un flujo de iones, sin que se mezclen las dos soluciones, y hace que la carga
neta en cada compartimiento será cero.
Aldispositivo de la Figura 1(b) se le conoce como celda galvánica: dispositivo en el
que la energía eléctrica se transforma en energía química.
(a)

(b)

Figura 1. (a)
Representación esquemática de un método para separar agentes oxidantes y
reductores en una reacción redox. (b) Celda galvánica conectada mediante un puente
salino.

La reacción en una celda electroquímica se lleva a cabo enla interfase entre el
electrodo y la disolución donde ocurre la transferencia de electrones. Al electrodo
donde tiene lugar la oxidación se le denomina cátodo; en cambio, al electrodo donde
tiene lugar la reducción se le denomina cátodo.
Una celda galvánica consta de un agente oxidante que se encuentra en un
compartimiento y que atrae, a través de un alambre, electrones de un agente reductorque está en otro compartimiento. A la “atracción” (o fuerza impulsora) sobre los
electrones de le llama potencial de celda (εcelda) o fuerza electromotriz (fem) de la
celda. La unidad de potencial eléctrico es el volt (que se abrevia V), el cual se define
como 1 joule de trabajo por coulomb de carga transferida.
En la celda galvánica se observaría que el cátodo aumenta de masa en la medida...