Tipos de Celdas

Existen dos tipos de celdas electroquímicas.

celda electrolíticaEn las celdas electrolíticas aplicamos corriente eléctrica por medio de una fuente de potencial de corriente directa a través de una solución conductora de electricidad que contiene, por lo menos, dos electrodos sumergidos en ella y conectados a la fuente de potencial. La corriente eléctrica causa una reacción química de transferencia de electrones. El electrodo donde se realiza la reducción, se denomina cátodo y el electrodo donde se realiza la oxidación se denomina ánodo. La suma de las semirreacciones de reducción y oxidación forman la reacción de la celda. En una celda electrolítica el ánodo está conectado al terminal positivo de la fuente de potencial, mientras el cátodo está conectado al terminal negativo de la fuente de potencial.

Por convención se toma que la corriente fluye desde el ánodo hacía el cátodo a través del circuito exterior y desde el cátodo al ánodo a través de la solución y los electrones fluyen en sentido contrario a la corrriente.

Figura 1. Ejemplo de celda electrolítica

En una celda galvánica o voltaica una reacción química de oxidación-reducción, que ocurre espontáneamente, cede energía eléctrica al exterior. El cátodo de una celda galvánica es el ánodo de una celda electrolítica y el ánodo en una celda galvánica es el cátodo en una celda electrolítica. Un ejemplo de celda galvánica es mostrado en la Figura 2. 

Figura 2. Ejemplo de celda galvánica

Consideremos, por ejemplo, la celda galvánica de Daniell, mostrada en la Figura 2. El electrodo de la derecha está formado por un electrodo de Cu sólido sumergido en una solución acuosa de sulafato de cobre(II). El electrodo de la izquierda es Zn sólido sumergido en una solución acuosa de sulfato de cinc. Ambos electrodos se conectan a través del circuito exterior a un voltímetro o bombillo y conectados internamente mediante un puente salino, que es un tubo de vidrio que contiene una solución concentrada de un electrólito inerte respecto al proceso de oxidación-reducción como, por ejemplo, KCl, NH4NO3, etc. El puente salino tiene la función de permitir la conducción eléctrica a través de la celda, pero impide el mezclado de los productos catódicos y anódicos.  La circulación de la corriente a través del circuito exterior, se realiza desde el electrodo de cobre hacia el electrodo de cinc (un limón al que se le conectan con los electrodos de Cu y Zn se comporta como una celda galvánica).  Los electrones circulan en sentido contrario. Las semirreacciones de la celda son:

Semirreacción catódica:     Cu2+ (aq) + 2e- = Cu(s) 

Semirreacción anódica:      Zn(s) = Zn2+ (aq) + 2e- 

La reacción global de la celda es:      Cu2+ (aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn2+ (aq)

Esta reacción  posee una fuerza electromotriz positiva o un cambio de energía libre negativo, por tanto, si ponemos en contacto un pedazo de Zn sólido con iones cobre, provocamos la disolución del Zn, pero también podemos evitar la disolución del cobre con cinc sólido.

 La representación de la celda anterior es:

(-) Zn|Zn2+ | | Cu2+|Cu (+)


Pregunta:

Explique las razones para que el limón al que se le han conectado  electrodos de cobre y cinc, se comporte como una celda galvánica.

 


Utilizamos las siguientes convenciones recomendadas por la IUPAC.

1. La fuerza electromotriz de una celda galvánica es positiva. La fuerza electromotriz de una celda electrolítica es negativa. La fuerza electromotriz de la celda es la diferencia entre los potenciales de reducción del electrodo de la derecha y el de la izquierda.

Ecelda = Ederecha - Eizquierda

2. El signo de la fuerza electromotriz de la celda, determina la polaridad del electrodo de la derecha, es decir, un signo positivo para la fuerza electromotriz de la celda indica que la celda es galvánica y que el electrodo de la derecha es positivo. Un signo negativo para la fuerza electromotriz de la celda indica que la celda es electrolítica y que el electrodo de la derecha es negativo.

3. La circulación de la corriente y el flujo de electrones, depende del signo de la fuerza electromotriz de la celda. Un signo positivo para la fuerza electromotriz de la celda, indica que el electrodo de la derecha es el cátodo y la circulación de la corriente se realiza desde el cátodo hasta el ánodo a través del circuito exterior de derecha a izquierda. Los electrones circulan en sentido contrario, Si la fuerza electromotriz es negativa el electrodo de la derecha es negativo y el electrodo de la izquierda es positivo. La corriente entra por el electrodo positivo y sale por el negativo después de atravesar la solución.Ver grabación

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