Celdas Electroquímicas

Celdas Electroquímicas

1. Definición

   • Una celda electroquímica es un dispositivo experimental por el cual se puede generar electricidad mediante una reacción química. O por el contrario, se produce una reacción química al suministrar una energía eléctrica al sistema. Estos procesos electroquímicos son conocidos como “reacciones electroquímicas” o “reacción redox” donde se produce una transferencia de electrones de una sustancia a otra, son reacciones de oxidación-reducción.
     • Función
       • Electrólisis
         • La electrolisis es un proceso electroquímico en el cual el flujo de una corriente eléctrica a través de una cantidad de materia genera cambios químicos en esta. Dichos cambios o reacciones química se producen en presencia de una fuente de energía eléctrica, y todo el proceso sucede en un determinado dispositivo denominado celda electrolítica.
           • Electrólisis del cloruro de sodio (NaCl)en una solución
             • Tres compuestos químicos de gran importancia, el NaOH, el Cl2 y el H2, se obtienen a partir de la electrólisis de una solución concentrada de NaCl conocida. Tanto el hidrógeno (H2) como el cloro (Cl2) producidos se secan, purifican y comprimen para ser almacenados en cilindros y, posteriormente, ser utilizados.
               • Refinación electrolítica de los metales
                 • El cobre es extraído e los yacimientos naturales en la forma de óxidos o sulfatos de cobre (CuO, Cu2O, Cu2S y CuFeS2). Por medio de molienda, fundición y otros procesos se consigue cobre metálico (Cu) con una pureza cercana al 99%. El cobre en un importante conductor de la electricidad y esta propiedad se ve afectada considerablemente por pequeñas concentraciones de otros metales, como oro (Au) y plata (Ag), que constituyen impurezas.
                   • Galvanoplastia
                     • La galvanoplastia es una técnica que consiste en recubrir una pieza de metal o de otro material con una capa delgada de otro metal. El proceso consiste en tomar como cátodo el objeto que se va a cubrir y, como ánodo, un trozo del metal con el cual se va a revestir la pieza. La solución electrolítica se compone de una sal del mismo metal del ánodo. Los iones positivos del metal, provenientes ya sea de la solución o de la oxidación del ánodo, se depositan sobre el cátodo por reducción, recubriendo la pieza.
     • Caracteristicas
       • Una celda galvánica consta de dos semipilas (denominadas también semiceldas o electrodos).
         • La solución de la sal contiene un catión del metal y un anión para equilibrar la carga del catión.
           • En esencia, la semipila contiene el metal en dos estados de oxidación, y la reacción química en la semipila es una reacción redox, escrita simbólicamente en el sentido de la reducción como: M n+ (especie oxidada) + n e- {\displaystyle \leftrightarrow \ }{\displaystyle \leftrightarrow \ } M (especie reducida)
             • En una pila galvánica un metal es capaz de reducir el catión del otro, y, por el contrario, el otro catión puede oxidar al primer metal. Las dos semipilas deben estar separadas físicamente de manera que las soluciones no se mezclen. Se utiliza un puente salino o una placa porosa para separar las dos soluciones.
               • El voltaje de la pila galvánica es la suma de los potenciales de las dos semipilas. Se mide conectando un voltímetro a los dos electrodos. El voltímetro tiene una resistencia muy alta, por lo que el flujo de corriente es realmente insignificante.
                 • Las celdas galvánicas se usan normalmente como fuente de energía eléctrica. Por su propia naturaleza producen corriente. Por ejemplo, una batería de plomo y ácido contiene un número de celdas galvánicas. Los dos electrodos son efectivamente plomo y óxido de plomo.
                   • En 1780, Luigi Galvani descubrió que cuando dos metales diferentes (cobre y zinc, por ejemplo) se ponían en contacto y, a continuación, ambos tocaban diferentes partes de un nervio de un anca de rana, hacían que se contrajesen los músculos de dicha extremidad.
                     • En el uso común, la palabra pila es una celda galvánica única y una batería propiamente dicha consta de varias celdas, conectadas en serie o paralelo.
     • Aplicaciones
       • Pila Seca o Pila de Leclanché
         • Contiene en su interior u na pasta húmeda de cloruro de amonio, cloruro de zinc, dióxido de manganeso y agua, que actúa como la solución de electrolitos
           • Pila de mercurio, litio y plata
             • En términos generales estas pilas son como una pla seca, aunque los componentes que actúan como reductores y oxidantes cambian según el caso
               • Pila alcalina
                 • Su estructura es similar a la descrita para la pula seca, con el cátodo de MnO2 y el ánodo de Zn, pero el recipiente de la pila es el acero y el electrolito usado es hidróxido de potasio
                   • Pilas recargables
                     • El uso más común de estos dispositivos se encuentra en las baterías para automóviles que contienen seis pilas de 2V cada una colocadas de una manera adyacente, lo que da como resultado una batería de 12V
                       • Pilas de Cadmio y Níquel
                         • Estas pilas son usadas en diversos aparatos electrónicos portátiles, como calculadoras o teléfonos celulares. Emplean un ánodo de cadmio y un cátodo de óxido de níquel hidratado. Una variante de esta estructura se presenta en la pilas con base en hidruros metálicos de níquel, en las que el cadmio es reemplazado por ZnNi2 o LaNi5.
                           • Pilas de Combustible
                             • Es un dispoitivo electroquímico en el cual un flujo continuo de combustible y oxidante sufren una reacción química controlada que da lugar a los productos y suministra directamente corriente eléctrica a un circuito externo