Pilas Galvánicas
En un proceso redox hay una transferencia de electrones desde el reductor al oxidante. Si estos electrones logramos hacerlos pasar a través de un hilo metálico conductor, habremos construido una pila galvánica. El oxidante y el reductor forman lo que se llama «electrodos de la pila». El reductor es el ánodo, y es el electrodo negativo pues hay exceso de electrones; el oxidante es el cátodo, es positivo pues se produce defecto de electrones. Entre ambos se produce una diferencia de potencial que es el voltaje de la pila. La diferencia de potencial entre los electrodos de la pila –que da el voltaje de la pila- se denomina fuerza electromotriz (E). Para que los electrones pasen a través del hilo conductor, el cátodo y ánodo se separan físicamente en dos cubetas. El puente salino está formado por una sal inerte al proceso, y sirve para mantener la neutralidad eléctrica en las disoluciones.
Ejemplo de pila galvánica: Pila de Daniell
- Proceso redox: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
- Semirreacción de oxidación: Zn → Zn+2 + 2e–
- Semirreacción de reducción: Cu+2 + 2e– → Cu
Para que la disolución sea eléctricamente neutra, a medida que desaparecen los Cu+2, los aniones sulfato emigran por el puente salino hacia el ánodo. A medida que transcurre la reacción la barra de Zn se va desgastando, y termina cuando se disuelve el electrodo de Zn.
Representación simbólica
La representación simbólica de una pila se llama diagrama de pila. En este diagrama, a la izquierda se representa siempre el ánodo y a la derecha el cátodo.
Zn(s)│Zn+2(aq) ││Cu+2(aq)│Cu(s)
ánodo cátodo. Las dos rayas verticales en el centro indican la presencia de un puente salino. Pila con electrodo de gasesElectrodo de gases: Está constituido por un tubo de vidrio atravesado por un hilo de platino,terminado en una placa del mismo metal. El tubo se sumerge en una disolución y por la partesuperior se inyecta el elemento gaseoso. El proceso de transferencia de electrones tiene lugarsobre la placa metálica. El Pt no interviene en el proceso, sólo sirve de transmisor deelectrones. En el ejemplo de la fotocopia no existe puente salino. La representación es:Zn(s) │ Zn+2(aq) ; Cl-(aq)│ C12(g) │Pt (s)Al no existir puente salino la doble barra se sustituye por punto y coma. POTENCIAL DE ELECTRODO Cada electrodo tiene un potencial – E -, y la fem de la pila es la diferencia de potencial entre los electrodos de la pila: Epila = Ecátodo – Eánodo. Para medir el potencial de un electrodo, y hacer así una lista de potenciales, se elige uno de referencia al que se le da arbitrariamente el valor cero, así lo que marque la pila será el potencial del otro electrodo. El electrodo de referencia es un electrodo de gases: el electrodo normal de hidrógeno,consiste en un filamento de platino sobre el que se hace burbujear hidrógeno a la presión de una atmósfera, y sumergido en una disolución ácida de una concentración de protones 1M. (Dar fotocopia de electrodo de hidrógeno) Si la concentración de iones en el otro electrodo a medir es de 1M entonces el potencial de electrodo se llama normal, E0,Por ejemplo, si deseamos determinar los potenciales normales de cinc y cobre hay que formar las correspondientes pilas con el electrodo de hidrógeno y medir la fem. El Zn actúa frente al electrodo normal de hidrógeno como polo negativo, mientras el Cu lo hace como polo positivo: Zn(s) │ Zn+2(aq) (1M) ││ H+(aq) (1M) │ H2 (g) (1atm)│Pt(s); E° = 0,76 H2(g) (1atm)│ Pt(s) │H+(aq)( 1 M ) ││Cu+2(aq) (1M) │ Cu(s); E° = 0,34V.El potencial normal se expresa en forma de reducción. Por tanto los potenciales del cinc y cobre serán: Ezn+2/zn=-0,76V; Ecu+2/cu=0.34 El signo menos indica que el proceso de reducción no es espontáneo, sino a la inversa. Así se establece una tabla de potenciales de reducción. Con estos datos se puede calcular la fem.de la pila formada por cualquier pareja de electrodos, teniendo en cuenta queel potencial menor formará el ánodo, y el mayor el cátodo. Por ejemplo, para la pila formada por los electrodos normales de cinc y plata: Ezn+2/zn=-0.76v;Eag+/ag=0.8 polo negativo o anodo Zn(s)àZn+2(aq)+2é; E=+0.76. Polo positivo o catodo 2Ag+(aq)+2èà2Ag(s) E=+0.8 Reacciónglobal: Zn(s)+2Ag+ (aq) àZn+2(aq) + 2Ag(s) ; E0 pila =+1,56v El potencial de la pila siempre es positivo.
ESPONTANEIDAD DE REACCIONES REDOX La variación de la energía libre de una reacción de oxidación-reducción viene relacionada con la fem de la pila construida con dicho proceso por la siguiente ecuación: ∆G0 = – Q· Epila Siendo Q la carga transportada de un electrodo a otro. La expresión implica que si el potencial de pila es positivo, entonces ∆G0