Las diferencias entre las celdas voltaicas y electrolíticas

Celdas voltaicas

¿Estás leyendo estas palabras en un teléfono o tableta en este momento? Muchas tecnologías modernas, incluidos teléfonos, tabletas e incluso muchos automóviles, funcionan con baterías. Aunque dependemos de las baterías todos los días, la mayoría de nosotros rara vez nos detenemos a pensar en lo que realmente está sucediendo dentro de la batería para producir la electricidad de la que dependemos. Si miras dentro de una batería, encontrarás una serie de celdas voltaicas , que usan una reacción química para producir energía eléctrica. Las celdas voltaicas llevan el nombre de su inventor, Alessandro Volta. Las baterías originales de Volta, a las que llamó pilas voltaicas, estaban hechas de varios discos de cobre y zinc colocados uno cerca del otro en una solución salada que ahora llamamos electrolito porque puede conducir electricidad. Cada par de discos de cobre y zinc es una celda voltaica individual y cada celda puede producir un voltaje de aproximadamente 0,76 V.

Volta inventó la pila voltaica, que era una serie de discos de cobre y zinc con una solución de electrolito entre ellos.

Quizás se pregunte cómo exactamente estas tiras de cobre y zinc producen electricidad. ¡Todo tiene que ver con la química! En la superficie del zinc, el metal sufre una reacción de oxidación y se disuelve lentamente en el electrolito como iones Zn 2+ . Mientras tanto, se está produciendo una reacción de reducción en la superficie del cobre y los iones Cu 2+ se depositan en la superficie del cobre. Aquí está la ecuación: Reacción de oxidación-reducción: Zn + Cu 2+ -> Zn 2+ + Cu El resultado de esta reacción es que el zinc se carga progresivamente más negativamente a medida que quedan electrones en la superficie, y el cobre se carga positivamente a medida que los electrones se unen a los iones de cobre. Debido a que el zinc es el sitio de oxidación, se le llama ánodo y el cobre, que se está reduciendo, se llama cátodo . Esta separación de cargas crea una diferencia de potencial eléctrico entre los dos metales. ¡Junte varias de estas celdas voltaicas y tendrá una batería!

En una celda voltaica, los iones de zinc se disuelven en el ánodo y los iones de cobre se precipitan en el cátodo. Como puede ver en el diagrama en pantalla, si conecta un cable a ambos electrodos, los electrones se moverán del ánodo al cátodo, creando una corriente eléctrica.

Aunque no todas las baterías modernas usan cobre y zinc, todavía utilizan celdas voltaicas en las que las reacciones de oxidación-reducción entre dos metales diferentes generan una diferencia de potencial eléctrico. Una serie de celdas voltaicas es lo que alimenta su teléfono, enciende una linterna y enciende su automóvil todos los días.

Celdas electrolíticas

Ahora que sabemos qué es una celda voltaica, veamos algo que es realmente similar, una celda electrolítica, que tiene una larga historia. Una celda electrolítica convierte la energía eléctrica en energía química, por lo que funciona como una celda voltaica a la inversa. Una entrada de electricidad proporciona suficiente energía para revertir una reacción de oxidación-reducción. Al igual que una celda voltaica, una celda electrolítica siempre contiene tres partes importantes: un cátodo, un ánodo y un electrolito. Las celdas electrolíticas utilizan electricidad para descomponer moléculas unidas químicamente, un proceso llamado electrólisis . Por ejemplo, una celda electrolítica puede descomponerse en agua en sus moléculas constituyentes: hidrógeno y oxígeno. Las celdas electrolíticas también se pueden usar para galvanizar metales. En este proceso, una celda electrolítica precipita un metal de una solución de electrolito sobre la superficie de otro metal. Es casi seguro que haya visto metales galvanizados antes, ¡e incluso puede estar usando algunos en este momento! Las joyas a menudo se galvanizan con plata u oro, mientras que debajo de una capa delgada están hechas de un metal más barato.

Se puede usar una celda electrolítica para galvanizar un metal (como el cobre) sobre otro.

Similitudes y diferencias

Las celdas voltaicas y electrolíticas son casi idénticas en apariencia. Siempre tiene un cátodo, un ánodo y una solución de electrolitos. Sin embargo, se utilizan de formas muy diferentes. Las celdas voltaicas convierten la energía química en energía eléctrica mediante una reacción de oxidación-reducción. Las celdas electrolíticas convierten la energía eléctrica en energía química, por lo que son lo opuesto a las celdas voltaicas. Requieren una entrada de energía eléctrica para provocar una reacción de oxidación-reducción. El cátodo y el ánodo también se conmutan en celdas electrolíticas y voltaicas. En una celda voltaica, el ánodo es el electrodo cargado negativamente, mientras que el cátodo es el electrodo cargado positivamente. En una celda electrolítica, el cátodo está cargado negativamente y el ánodo está cargado positivamente. Esto se debe a que los sitios de oxidación (el ánodo) y de reducción (el cátodo) están conmutados. Algunas celdas pueden ser tanto electrolíticas como voltaicas, y probablemente haya usado una hoy. ¡Quizás incluso estés usando uno en este momento! Las baterías recargables, como las que alimentan teléfonos, tabletas y computadoras portátiles, actúan como celdas voltaicas cuando proporcionan electricidad a nuestros dispositivos. Sin embargo, cuando los conecta, proporciona una entrada de energía eléctrica y la reacción se invierte, restableciendo la química de la batería y preparándola para volver a convertirse en una celda voltaica.

Las baterías recargables actúan como celdas voltaicas cuando se descargan y como celdas electrolíticas cuando se cargan.

Resumen de la lección

Tanto las celdas voltaicas , que utilizan una reacción química para producir energía eléctrica, como las celdas electrolíticas , que convierten la energía eléctrica en energía química, contienen un ánodo , donde ocurre una reacción de oxidación, y un cátodo , donde ocurre una reacción de reducción. Están conectados por una solución de electrolitos , que es una solución que contiene sales disueltas. En una celda voltaica, esta reacción espontánea de oxidación-reducción hace que el ánodo se vuelva negativo y el cátodo positivo. Si los conecta con un cable conductor, fluirá corriente eléctrica. Las celdas electrolíticas requieren una entrada de energía eléctrica para experimentar una reacción de oxidación-reducción. Se utilizan en galvanoplastia y electrólisis. Las baterías recargables pueden actuar como celdas voltaicas (cuando se están descargando) y celdas electrolíticas (cuando se están cargando).

Rodrigo Ricardo Editor y fundador