Xavier y Paula miraban con tristeza un montón de cristalería, soluciones y tiras de metal. Su tarea en el laboratorio era ensamblar, dibujar y etiquetar las partes de una celda electroquímica. Ambos estaban contentos de tener a alguien con quien trabajar en esta tarea.
Half-Cells
Paula comenzó colocando dos pequeños frascos de vidrio separados unos cinco centímetros entre sí. Ella dijo: ‘Cada uno de estos frascos es una media celda . Del libro, recuerdo que cada media celda consta de un electrodo y juntos forman una celda galvánica o una batería. Eso es correcto dijo Xavier. «Recuerdo que la reducción se produce en una media celda y la oxidación en la otra».
Reducción y oxidación
Paula miró con curiosidad a Xavier. ‘¿Reducción, oxidación? Creo que olvidé lo que significan esos términos. ‘Bueno’, respondió Xavier, ‘en la oxidación una sustancia pierde uno o más electrones y forma un catión con carga positiva y en la reducción, otra sustancia gana uno o más electrones para formar un anión con carga negativa . Se necesitan tanto la reducción como la oxidación para hacer una celda electroquímica completa ‘.
Cátodo y ánodo
Paula vertió una solución de sulfato de zinc (ZnSO 4 ) en un frasco y una solución de sulfato de cobre II (CuSO 4 ) en el otro frasco. ‘En el libro de texto veo que usando estas soluciones metálicas, el zinc se oxidará y el cobre se reducirá . Y por mis notas veo que la media celda en la que se produce la oxidación se llama ánodo y la media celda en la que se produce la reducción se llama cátodo .
Montaje de la celda electroquímica
—Ahora, según mis notas —continuó Paula—, lo siguiente que tenemos que hacer es poner un trozo de zinc sólido en la solución de zinc y un trozo de cobre sólido en la solución de cobre. Ahora, conecta las dos piezas de metal a un voltímetro . ¿Qué hace un voltímetro? preguntó Xavier. «Mide el voltaje de la celda galvánica «, respondió Paula. «También recuerdo que nuestro maestro nos dijo que el voltaje es la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo en la celda».
¿Qué es una celda en Excel?
Puente de sal
«El cátodo es donde se produce la reducción y la oxidación en el ánodo. Veo en el libro de texto que también tenemos que conectar las medias celdas con un puente de sal. Veo por nuestros suministros que nuestro puente de sal es un tubo que contiene una solución de cloruro de potasio (KCl) ”, dijo Xavier.
«¿Cómo mantiene el puente de sal un equilibrio de carga general?» preguntó Paula. «Es complejo pero interesante», dijo Xavier. «En esta celda, el zinc se oxida , por lo que cede dos electrones para formar el ion zinc (Zn +2 ). Los electrones viajan por el cable, a través del voltímetro y descienden hasta la pieza de cobre sólido. Debido a la oxidación del zinc en el ánodo , hay una acumulación de iones de zinc cargados positivamente en la solución de sulfato de zinc. Para mantener la neutralidad de la carga, los iones de cloruro (Cl -1 ) cargados negativamente fluyen desde el puente de sal a la solución de zinc.
‘Eso tiene mucho sentido’, dijo Paula, ‘ya que las cargas opuestas se atraen entre sí. Entonces debe estar sucediendo lo contrario en el cátodo. Los electrones extraídos de la pieza de zinc fluyen a través del voltímetro hacia el alambre de cobre y reaccionan con los iones de cobre (Cu +2 ), reduciéndolos para formar cobre metálico (Cu 0 ). Esto resulta en un exceso de iones sulfato cargados negativamente (SO 4 ) en la solución. Por lo tanto, los iones de potasio cargados positivamente (K + 1 ) deben fluir desde el puente de sal a la solución de sulfato de cobre II (CuSO 4 ) para mantener esa media celda neutra ‘.
Diseño de celda electroquímica básica
«¿Por qué necesitamos un puente de sal si las dos medias celdas están conectadas por piezas de metal sólido a través del voltímetro?» preguntó Paula. «Bueno», respondió Xavier, «según mis notas, el puente de sal permite el movimiento de cationes , que son iones con carga positiva , y aniones , que son iones con carga negativa , a cada media celda para mantener un equilibrio de carga general».
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Celda electroquímica etiquetada
«Si dibujamos y etiquetamos nuestra celda electroquímica e incluimos la dirección del flujo de electrones, deberíamos obtener algo como esto», dijo Xavier. Luego le mostró a Paula el dibujo que hizo en base a su discusión y la celda electroquímica de trabajo que construyeron juntos.
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Resumen de la lección
Una celda electroquímica consta de dos medias celdas conectadas por un puente de sal . Cada media celda consta de una tira de metal en una solución de ese metal. La oxidación ocurre en una media celda y la reducción en la otra. Los electrones fluyen desde la semicelda de oxidación a la semicelda de reducción. El puente de sal proporciona cationes y aniones que fluyen a cada media celda para mantener la neutralidad de la carga.
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