Celdas galvánicas

Química

Conceptos clave

Una celda galvánica convierte energía química en eléctrica mediante una reacción redox espontánea.
Las dos semiceldas están separadas: los electrones viajan por el circuito externo (cable) del ánodo al cátodo.
Ánodo: oxidación, polo negativo $(-)$ ; el metal se corroe y adelgaza.
Cátodo: reducción, polo positivo $(+)$ ; el metal engrosa al depositarse.
El metal más reactivo siempre es el ánodo.

Puente salino (sal inerte, p. ej. $\text{KNO}_3$ $KNO_{3}$ ): cierra el circuito interno y mantiene la neutralidad eléctrica. Sin él la reacción se detiene.
- Aniones del puente migran hacia el ánodo (compensan cationes que se forman).
- Cationes del puente migran hacia el cátodo (compensan cationes que se consumen).
Notación de celda — ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha, | entre fases, || para el puente salino:

$\text{Zn}(\text{s})\ |\ \text{Zn}^{2+}(\text{ac})\ ||\ \text{Cu}^{2+}(\text{ac})\ |\ \text{Cu}(\text{s})$

$\text{Zn}(\text{s}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{ac}) + 2e^- \qquad\text{(ánodo)}$

$\text{Cu}^{2+}(\text{ac}) + 2e^- \rightarrow \text{Cu}(\text{s}) \qquad\text{(cátodo)}$

$\text{Zn}(\text{s}) + \text{Cu}^{2+}(\text{ac}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{ac}) + \text{Cu}(\text{s})$

Si las semirreacciones transfieren distinto número de $e^-$ , multiplicar la que corresponda para igualarlos antes de sumar.

Problema: Celda $\text{Zn}/\text{Ag}$ . El Zn es más reactivo. Escribe semirreacciones y reacción global.
Ánodo (Zn, más reactivo, se oxida): $\text{Zn}(\text{s}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{ac}) + 2e^-$ .
Cátodo (Ag, menos reactivo, se reduce): $\text{Ag}^+(\text{ac}) + e^- \rightarrow \text{Ag}(\text{s})$ . Multiplicar por 2.
Global: $\text{Zn}(\text{s}) + 2\,\text{Ag}^+(\text{ac}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{ac}) + 2\,\text{Ag}(\text{s})$ .
Notación: $\text{Zn}(\text{s})\ |\ \text{Zn}^{2+}(\text{ac})\ ||\ \text{Ag}^+(\text{ac})\ |\ \text{Ag}(\text{s})$ .

Error frecuente: intercambiar ánodo y cátodo, o asignar al ánodo la polaridad positiva. En celda galvánica el ánodo es negativo (de él salen los electrones).
Error frecuente: escribir una semirreacción de reducción en el ánodo o de oxidación en el cátodo; invertirla es el error más penalizado.
Al describir el puente salino, menciona dos funciones: mantener la neutralidad eléctrica y cerrar el circuito interno.
La dirección del flujo de electrones es siempre ánodo → cable → cátodo; los iones viajan por el puente salino, no por el cable.
Para predecir si una celda es espontánea sin datos de $E°$ , compara posiciones en la serie de reactividad: el metal más a la izquierda (más reactivo) es el ánodo.

Conceptos clave

Una celda galvánica convierte energía química en eléctrica mediante una reacción redox espontánea.
Las dos semiceldas están separadas: los electrones viajan por el circuito externo (cable) del ánodo al cátodo.
Ánodo: oxidación, polo negativo $(-)$ ; el metal se corroe y adelgaza.
Cátodo: reducción, polo positivo $(+)$ ; el metal engrosa al depositarse.
El metal más reactivo siempre es el ánodo.

Construcción y notación de la celda

Puente salino (sal inerte, p. ej. $\text{KNO}_3$ $KNO_{3}$ ): cierra el circuito interno y mantiene la neutralidad eléctrica. Sin él la reacción se detiene.
- Aniones del puente migran hacia el ánodo (compensan cationes que se forman).
- Cationes del puente migran hacia el cátodo (compensan cationes que se consumen).
Notación de celda — ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha, | entre fases, || para el puente salino:

$\text{Zn}(\text{s})\ |\ \text{Zn}^{2+}(\text{ac})\ ||\ \text{Cu}^{2+}(\text{ac})\ |\ \text{Cu}(\text{s})$

Semirreacciones y reacción global — celda de Daniell

$\text{Zn}(\text{s}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{ac}) + 2e^- \qquad\text{(ánodo)}$

$\text{Cu}^{2+}(\text{ac}) + 2e^- \rightarrow \text{Cu}(\text{s}) \qquad\text{(cátodo)}$

$\text{Zn}(\text{s}) + \text{Cu}^{2+}(\text{ac}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{ac}) + \text{Cu}(\text{s})$

Si las semirreacciones transfieren distinto número de $e^-$ , multiplicar la que corresponda para igualarlos antes de sumar.

Ejemplo resuelto

Problema: Celda $\text{Zn}/\text{Ag}$ . El Zn es más reactivo. Escribe semirreacciones y reacción global.
Ánodo (Zn, más reactivo, se oxida): $\text{Zn}(\text{s}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{ac}) + 2e^-$ .
Cátodo (Ag, menos reactivo, se reduce): $\text{Ag}^+(\text{ac}) + e^- \rightarrow \text{Ag}(\text{s})$ . Multiplicar por 2.
Global: $\text{Zn}(\text{s}) + 2\,\text{Ag}^+(\text{ac}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{ac}) + 2\,\text{Ag}(\text{s})$ .
Notación: $\text{Zn}(\text{s})\ |\ \text{Zn}^{2+}(\text{ac})\ ||\ \text{Ag}^+(\text{ac})\ |\ \text{Ag}(\text{s})$ .

En el examen IB

Error frecuente: intercambiar ánodo y cátodo, o asignar al ánodo la polaridad positiva. En celda galvánica el ánodo es negativo (de él salen los electrones).
Error frecuente: escribir una semirreacción de reducción en el ánodo o de oxidación en el cátodo; invertirla es el error más penalizado.
Al describir el puente salino, menciona dos funciones: mantener la neutralidad eléctrica y cerrar el circuito interno.
La dirección del flujo de electrones es siempre ánodo → cable → cátodo; los iones viajan por el puente salino, no por el cable.
Para predecir si una celda es espontánea sin datos de $E°$ , compara posiciones en la serie de reactividad: el metal más a la izquierda (más reactivo) es el ánodo.