Tabla de contenido
¿Qué son las células electroquímicas? Células medias y potencial celular Tipos de células electroquímicas Aplicaciones de las células electroquímicas
¿Qué es una célula electroquímica?
Una célula electroquímica es un dispositivo que puede generar energía eléctrica a partir de las reacciones químicas que se producen en ella, o utilizar la energía eléctrica que se le suministra para facilitar las reacciones químicas en ella. Estos dispositivos son capaces de convertir energía química en energía eléctrica, o viceversa. Un ejemplo común de una celda electroquímica es una celda estándar de 1.5 voltios que se utiliza para alimentar muchos aparatos eléctricos, como controles remotos de TV y relojes.
Estas células capaces de generar una corriente eléctrica a partir de las reacciones químicas que se producen en ellas se llaman Células galvánicas o células voltaicas. Alternativamente, las células que causan reacciones químicas en ellas cuando una corriente eléctrica pasa a través de ellas se llaman células electrolíticas.
A continuación se proporciona un diagrama que detalla las diferentes partes de una celda electroquímica.
Célula electroquímica
Las células electroquímicas generalmente consisten en un cátodo y un ánodo. Las características clave del cátodo y el ánodo se tabulan a continuación.
| Cátodo | Ánodo |
| Denotado por un signo positivo ya que los electrones se consumen aquí | Denotado por un signo negativo ya que los electrones se liberan aquí |
| Se produce una reacción de reducción en el cátodo de una celda electroquímica | Aquí se produce una reacción de oxidación |
| Los electrones se mueven hacia el cátodo | Los electrones se mueven fuera del ánodo |
La convención general dicta que el cátodo debe estar representado en el lado derecho, mientras que el ánodo está representado en el lado izquierdo mientras denota una celda electroquímica.
Semicélulas y potencial celular
- Las celdas electroquímicas están formadas por dos medias celdas, cada una de las cuales consta de un electrodo que se sumerge en un electrolito. Se puede usar el mismo electrolito para ambas medias celdas.
- Estas medias celdas están conectadas por un puente de sal que proporciona la plataforma para el contacto iónico entre ellas sin permitir que se mezclen entre sí. Un ejemplo de un puente de sal es un papel de filtro que se sumerge en una solución de nitrato de potasio o cloruro de sodio.
- Una de las medias celdas de la celda electroquímica pierde electrones debido a la oxidación y la otra gana electrones en un proceso de reducción. Se puede observar que se produce una reacción de equilibrio en ambas medias celdas, y una vez que se alcanza el equilibrio, el voltaje neto se convierte en 0 y la celda deja de producir electricidad.
- La tendencia de un electrodo que está en contacto con un electrolito a perder o ganar electrones se describe por su potencial de electrodo. Los valores de estos potenciales se pueden usar para predecir el potencial celular general. Generalmente, los potenciales de electrodo se miden con la ayuda del electrodo de hidrógeno estándar como electrodo de referencia (un electrodo de potencial conocido).
Células primarias y secundarias
- Las celdas primarias son básicamente celdas galvánicas de uso y lanzamiento. Las reacciones electroquímicas que tienen lugar en estas células son de naturaleza irreversible. Por lo tanto, los reactivos se consumen para la generación de energía eléctrica y la célula deja de producir una corriente eléctrica una vez que los reactivos se agotan por completo.
- Las celdas secundarias (también conocidas como baterías recargables) son celdas electroquímicas en las que la celda tiene una reacción reversible, es decir, la celda puede funcionar como una celda galvánica y una celda electrolítica.
- La mayoría de las baterías primarias (celdas múltiples conectadas en serie, en paralelo o una combinación de las dos) se consideran dispositivos de desperdicio y perjudiciales para el medio ambiente. Esto se debe a que requieren aproximadamente 50 veces la energía que contienen en su proceso de fabricación. También contienen muchos metales tóxicos y se consideran residuos peligrosos.
Tipos de células electroquímicas
Los dos tipos principales de células electroquímicas son
1. Células galvánicas (también conocidas como células voltaicas)
2. Células electrolíticas
Las diferencias clave entre las células galvánicas y las células electrolíticas se tabulan a continuación.
| Célula galvánica / Célula voltaica | Célula electrolítica |
| La energía química se transforma en energía eléctrica en estas células electroquímicas. | La energía eléctrica se transforma en energía química en estas células. |
| Las reacciones redox que tienen lugar en estas células son de naturaleza espontánea. | Se requiere un aporte de energía para que las reacciones redox continúen en estas células, es decir, las reacciones no son espontáneas. |
| En estas celdas electroquímicas, el ánodo está cargado negativamente y el cátodo está cargado positivamente. | Estas celdas presentan un ánodo cargado positivamente y un cátodo cargado negativamente. |
| Los electrones se originan de las especies que sufren oxidación. | Los electrones se originan en una fuente externa (como una batería). |
Aplicaciones de células electroquímicas
- Las células electrolíticas se utilizan en la electrorefinación de muchos metales no ferrosos. También se utilizan en la electrodeposición de estos metales.
- La producción de plomo, zinc, aluminio y cobre de alta pureza implica el uso de células electrolíticas.
- El sodio metálico se puede extraer del cloruro de sodio fundido colocándolo en una celda electrolítica y pasando una corriente eléctrica a través de él.
- Muchas baterías comercialmente importantes (como la batería de plomo-ácido ) están formadas por células galvánicas.
- Las celdas de combustible son una clase importante de celdas electroquímicas que sirven como fuente de energía limpia en varios lugares remotos.
Preguntas frecuentes sobre las células electroquímicas
¿Cuál es la función de un puente de sal en una célula electroquímica?
El puente de sal completa el circuito de una celda electroquímica, permitiendo así el flujo de corriente a través de él. También ayuda a mantener la neutralidad eléctrica general de la célula.
¿Qué es el potencial de electrodo estándar?
El potencial de electrodo estándar de un electrodo puede definirse como la diferencia de potencial que surge entre el electrodo y el electrolito en condiciones estándar (Temperatura = 298K, presión = 1 atm, concentración unitaria de especies reactivas). Se denota con el símbolo ‘E o celda ‘. Haga clic aquí para obtener más información sobre potencial de electrodo estándar .
¿Cuáles son las diferencias clave entre el cátodo y el ánodo?
El cátodo de una célula electroquímica es el sitio en el que se produce la reducción. Generalmente está representado por un signo positivo (+). Los electrones fluyen desde el ánodo hacia el cátodo. En las células electroquímicas, el ánodo es el electrodo en el que se produce la oxidación. Se denota con un signo negativo (-).
¿Es posible que una célula electroquímica tenga un ánodo cargado positivamente o un cátodo cargado negativamente?
Sí, el ánodo de una celda electrolítica tiene carga positiva (y el cátodo tiene carga negativa). Sin embargo, la oxidación todavía ocurre en el ánodo a pesar de la carga negativa. Las reacciones químicas que ocurren en estas células electroquímicas son de naturaleza no espontánea.
Por lo tanto, se discuten los conceptos clave y los tipos de células electroquímicas. Para obtener más información sobre conceptos importantes relacionados con la electroquímica, como la ecuación de Nernst , regístrese en BYJU’S y descargue la aplicación móvil en su teléfono inteligente.