Celdas Voltaicas/Galvánicas

Una reacción redox espontánea genera electricidad, que puede cargar dispositivos eléctricos. Pero:cómo funciona? Considere la reacción redox entre el cobre y una solución de nitrato de plata.

Cuando se coloca en un recipiente, el cobre se oxida a iones cuprosos, mientras que los iones de plata se reducen a un precipitado de plata. Aquí, la transferencia de electrones es directa y no genera corriente eléctrica. Sin embargo, cuando estas semirreacciones están físicamente separadas y conectadas a través de un circuito externo, se observa una corriente eléctrica.

Esta configuración se denomina celda electroquímica, y se define además como celda galvánica o voltaica para una reacción redox espontánea. Una celda galvánica consta de semiceldas que contienen las mezclas de reacción de la semicelda de un electrodo de metal sólido en su correspondiente solución de electrolito. Aquí, es cobre en nitrato de cobre acuoso y plata en nitrato de plata acuoso.

Los reactivos separados experimentan un potencial de celda, pero sin una conexión externa, no se produce ninguna reacción o flujo de electrones. Una vez conectados externamente, los electrones se ven obligados a fluir indirectamente sobre el circuito externo, lo que permite que las reacciones se produzcan en los respectivos electrodos. Por convención, la oxidación ocurre en el ánodo que lleva una carga negativa, y la reducción en el cátodo que lleva una carga positiva.

A medida que ocurre la transferencia de electrones, se forman iones positivos en la mitad de la celda de oxidación e iones negativos en la mitad de la celda de reducción. Esto provoca una acumulación de carga positiva y negativa que impide un mayor flujo de electrones y debe neutralizarse continuamente para que la reacción progrese. Por lo tanto, las dos medias celdas están unidas por un puente de sal:un tubo en U invertido que contiene una pasta o gel de un electrolito inerte como el nitrato de sodio.

A medida que avanza la reacción redox, los contraíones fluyen hacia las respectivas semiceldas para garantizar la neutralidad de la carga sin mezclar electrolitos. Se utilizan notaciones especiales, o esquemas de celda, para describir una celda galvánica. La oxidación se representa en el lado izquierdo y la reducción en el derecho.

Una línea vertical doble indica un puente de sal que conecta las dos medias celdas, mientras que las líneas verticales simples indican interfaces entre las fases del componente. Si existen dos o más componentes en la misma fase, se separan con comas.