Dibujar y etiquetar un diagrama de una célula voltaica

Energia limpia

Es importante encontrar formas nuevas y limpias de generar energía. Un método posible es con celdas electroquímicas. Este método utiliza la energía de las reacciones de oxidación-reducción. Para comprender qué está sucediendo en la reacción, dibujamos diagramas. Hay dos tipos de celdas electroquímicas, la celda voltaica (o celda galvánica) y la celda electrolítica. La célula voltaica es una reacción espontánea que no requiere una fuente externa de energía.

Reacciones redox

Repasemos rápidamente qué es una reacción redox (reducción y oxidación). Esto es cuando un compuesto cede electrones a otro compuesto. Entonces, el compuesto que cede electrones se oxida mientras que el compuesto que acepta electrones se reduce , lo que lo convierte en una reacción de reducción y oxidación.

Normalmente, cuando esto ocurre en solución, la transferencia de energía simplemente se pierde en calor. Pero si pudiéramos capturar esa energía, entonces podríamos tener una fuente de energía alternativa. Una forma en que creamos energía es creando corrientes o moviendo electrones. Cuando ocurre una reacción redox, podemos pensar en ella como si estuvieran ocurriendo dos reacciones, dos medias reacciones.

En la primera reacción, el compuesto que se oxida cede 2 electrones, lo que genera electrones adicionales en el lado de los productos. Y en la segunda reacción, el compuesto que se reduce acepta 2 electrones, lo que requiere electrones adicionales en el lado del reactivo. Estos tipos de reacciones se denominan semirreacciones .

El diagrama básico

Entonces, si pudiéramos separar estas dos semirreacciones que ocurren en una reacción redox, entonces podríamos forzar a los electrones a moverse a través de un cable, creando una corriente que produce energía. La celda voltaica es un método para separar estas dos reacciones y crear estas corrientes a partir de electrones en movimiento.

La celda voltaica requiere un agente reductor, un agente oxidante, un puente de sal, un cátodo, un ánodo y un cable que conecta el cátodo y el ánodo.

Diagrama básico de celda voltaica

Para dibujar cualquier celda voltaica, necesitamos cada uno de estos elementos en el diagrama básico. Necesitaremos saber qué entra en el lado oxidante y en el lado reductor de la celda para completar esto. También necesitamos dibujar qué iones se moverán en cada dirección.

Los electrones siempre se mueven del lado del ánodo (el lado oxidado) al lado del cátodo (el lado reducido).

Potenciales de electrodos estándar

Podemos encontrar semirreacciones de oxidación y reducción observando una tabla de potenciales de electrodos estándar seleccionados. Esta tabla enumera las reacciones de media reducción. Entonces, si queremos reacciones de oxidación, simplemente debemos invertir la dirección de la reacción y obtenemos la semirreacción de oxidación.

Digamos que estamos viendo la siguiente reacción:

Sabemos que tenemos hierro (II) y sodio en esta reacción; de la tabla de potenciales de electrodos estándar seleccionados, vemos que la semirreacción para el hierro (II) es:

Dado que el sodio se oxida en lugar de reducirse, necesitamos revertir la reacción, dando la semirreacción del sodio:

Ejemplo

Una vez que tenemos el diagrama básico y conocemos las dos vidas medias de la ecuación, podemos comenzar a llenar el diagrama. Según nuestras dos medias reacciones, sabemos que el hierro se reducirá y el sodio se oxidará. Entonces el hierro va al cátodo y el sodio al ánodo:

Célula voltaica

Los electrones del sodio viajan a lo largo del cable (que se muestra con flechas desde la barra de sodio a la barra de hierro) creando una corriente que se puede usar como energía. Estos electrones llegan a la solución de iones de hierro y reducen estos iones de hierro a hierro sólido.

La batería

¡Lo más probable es que tenga una celda voltaica en su hogar! Este tipo de energía es lo que hace que las baterías funcionen. Su batería típica no recargable pone dióxido de manganeso en el lado del cátodo y zinc en el lado del ánodo. Entonces está haciendo uso de esta reacción redox:

En esta reacción, el manganeso se reduce y el zinc se oxida. El dióxido de manganeso se usa porque comienza con una carga (antes de reducirse). Por lo tanto, debe ser una sal para hacerse cargo de esa carga. Las dos semirreacciones son:

Entonces, la celda voltaica dentro de una batería doméstica tiene el manganeso en el lado del cátodo y el zinc en el lado del ánodo:

Pila de pila voltaica

Resumen de la lección

Una celda voltaica toma una reacción redox y la divide en dos medias reacciones . Esto crea una corriente de electrones que se mueve a través de un cable que puede usarse como energía.

Para dibujar y etiquetar el diagrama de celda voltaica, comenzamos con una reacción redox y la escribimos en dos semirreacciones. Determinamos qué compuesto se está oxidando y cuál se está reduciendo. Luego podemos poner el compuesto oxidado en el ánodo y el compuesto reducido en el cátodo. Luego dibujamos flechas que indican los electrones que se mueven del ánodo al cátodo.