Celdas galvánicas y electrolíticas: procedimiento y fundamentos de electroquímica

Resumen

El documento explica los fundamentos de la electroquímica a través de los montajes de una celda galvánica (pila de Cu y Zn con puente salino) y de una celda electrolítica con electrodos de grafito en sulfato de cobre (II). Incluye la relación entre el potencial de celda y la espontaneidad de la reacción, la oxidación en el ánodo y una lista de ácidos fuertes.

Puntos clave

La celda galvánica usa CuSO4 y ZnSO4 con láminas de Cu y Zn, unidas por un puente salino de papel de filtro, y mide la diferencia de potencial con un voltímetro.
La electrólisis consiste en una reacción redox no espontánea provocada por el paso de corriente eléctrica.
Si Eº > 0 la reacción es espontánea (celda galvánica), según ΔG = -n · F · Eº.
En la celda electrolítica con sulfato de cobre (II) se observa desprendimiento de gas en un electrodo y una capa cobriza en el otro.
En el ánodo, la oxidación de los OH- del agua produce oxígeno gaseoso: 2OH- → O2 + 2H+ + 4e-.
Los ácidos fuertes más comunes incluyen HClO4, HNO3, HI, HBr, HCl y H2SO4.

Ponte a prueba

Fundamentos de Electroquímica

Celda Galvánica

Materiales: 2 vasos de precipitados, 2 pinzas de cocodrilo, 2 cables de conexión, un voltímetro, disoluciones de ZnSO₄ y CuSO₄, láminas metálicas y papel de filtro (como puente salino).

Procedimiento:

Se llenan los dos vasos de precipitados con aproximadamente 200 mL de disolución: uno con CuSO₄ y el otro con ZnSO₄.
Se introduce la lámina de Cu en la disolución de CuSO₄ y la lámina de Zn en la de ZnSO₄.
Se comunican ambas disoluciones mediante una tira de papel de filtro, que actuará como puente salino.
Finalmente, mediante 2 pinzas de cocodrilo y los cables de conexión, se conectan las láminas al voltímetro para medir la diferencia de potencial generada por la pila.

Celda Electrolítica

Materiales: Vaso de precipitados pequeño, 2 electrodos de grafito, una fuente de tensión, 2 cables de conexión y 2 pinzas de cocodrilo.

Procedimiento:

Se vierte la disolución de sulfato de cobre (II) en un vaso de precipitados. Se conectan los electrodos de grafito a la fuente de tensión y se introducen en la disolución. Al poco tiempo, se observará que en uno de ellos burbujea un gas y el otro se recubre de una capa cobriza.

Electrólisis

Consiste en la realización de una reacción redox no espontánea mediante el paso de corriente eléctrica a través de un compuesto iónico fundido.

Termodinámica y Potencial de Celda

Si Eº > 0, la reacción es espontánea (Celda Galvánica). El cátodo (más oxidante) atrae los electrones hacia sí mismo. Según la ecuación de la energía libre de Gibbs, ΔG = -n · F · Eº, si Eº > 0, se producirá una reacción espontánea.

En el ánodo ocurre una oxidación. En el caso de los iones sulfato, el azufre se encuentra en su estado de oxidación más alto, por lo que la oxidación ocurre sobre los iones OH^- del agua con desprendimiento de oxígeno gaseoso: 2OH^- → O₂ + 2H⁺ + 4e^-.

Ácidos Fuertes

Los ácidos fuertes más comunes son:

Perclórico (HClO₄)
Permangánico (HMnO₄)
Clórico (HClO₃)
Nítrico (HNO₃)
Yodhídrico (HI)
Bromhídrico (HBr)
Clorhídrico (HCl)
Sulfúrico (H₂SO₄)

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre una celda galvánica y una electrolítica?

La celda galvánica genera corriente eléctrica a partir de una reacción espontánea (Eº > 0), mientras que la electrolítica necesita corriente externa para provocar una reacción no espontánea.

¿Para qué sirve el puente salino en una pila?

Comunica ambas disoluciones y permite el flujo de iones que mantiene la neutralidad eléctrica de las dos semiceldas. En el documento se utiliza una tira de papel de filtro.

¿Qué se produce en el ánodo durante la electrólisis del sulfato de cobre?

Como el azufre del ion sulfato ya está en su estado de oxidación más alto, se oxidan los iones OH- del agua, con desprendimiento de oxígeno gaseoso.