Cela electroquímica

Un diagrama de cela electroquímica de configuració semblant a la pila Daniell. Les dos semiceldas estan unides per un pont salino que permet als ionés moure's entre abdós. Els electrons fluïxen pel circuit extern.

Una cela electroquímica és un dispositiu capaç d'obtindre energia elèctrica a partir de reaccions químiques (o be, de produir reaccions químiques a través de l'introducció d'energia elèctrica, quan s'estiga carregant la cela). Un eixemple comú d'una cela electroquímica és la pila (per eixemple, l'estàndar d'1,5 volts o la recargable d'1,2), que és una cela galvànica simple, mentres una bateria elèctrica consta de vàries celes conectades en série o paralel.

Johann Wilhelm Ritter, un físic i filòsof alemà, va construir en 1802 la primera cela electroquímica, en 50 discs de coure separats per discs de cartó humits per una solució salina.

Tipos de celes electroquímiques

Cela electrolítica, mostrant els electrodos i la font d'alimentació que genera la corrent elèctrica.

Hi ha dos tipos fonamentals de celes i en abdós té lloc una reacció redox, i la conversió o transformació d'un tipo d'energia en una atra:

• La cela galvànica o cela voltaica transforma una reacció química espontànea en una corrent elèctrica, com les piles i bateries. Són molt amprades per lo que la majoria dels eixemples i imàgens d'este artícul estan referits a elles.

• La cela electrolítica transforma una corrent elèctrica en una reacció química d'oxidació-reducció que no té lloc de modo espontàneu. En moltes d'estes reaccions es descompon una substància química per lo que dit procés rep el nom d'electrólisis. També li la coneix com cuba electrolítica. A diferència de la cela voltaica, en la cela electrolítica, els dos electrodos no necessiten estar separats, per lo que hi ha un sol recipient en el que tenen lloc les dos semirreacciones.

Les semiceldas o semirreacciones en una cela voltaica

La pila de Bunsen, inventada per Robert Bunsen.

Una cela galvànica o cela voltaica consta de dos semiceldas conectades eléctricamente per mig d'un conductor metàlic, i també per mig d'un pont salino. Cada semicelda consta d'un electrodo i un electrolito. Les dos semiceldas poden utilisar el mateix electrolito, o poden utilisar electrolitos diferents. Les reaccions químiques en la cela poden implicar al electrolito, als electrodos o a una substància externa (com en les piles de combustible que pot utilisar l'hidrogen gaseós com a reactiu). En una cela voltaica completa, les espècies químiques d'una semicelda perden electrons (oxidació) cap al seu electrodo mentres que les espècies de l'atra semicelda guanyen electrons (reducció) des del seu electrodo. Un pont salino s'ampra a sovint per a proporcionar un contacte iònic entre les dos miges celes en electrolitos diferents, per a evitar que les solucions es mesclen i provoquen reaccions colaterals no desijades. Este pont salino pot ser simplement una tira de paper de filtre empapat en solució saturada de nitrat de potassi. Atres dispositius per a conseguir la separació de les dissolució són vasijas porosas i dissolució gelificadas. Un recipient poroso s'utilisa en la pila de Bunsen (dreta).

També se'ls denomina semirreacciones puix en cada una d'ella té lloc una part de la reacció redox:

• La pèrdua d'electrons (oxidació) té lloc en l'ànodo.
• El guany d'electrons (reducció) en el càtodo.

Reacció d'equilibri

Cada semicelda té una tensió característica cridada potencial de semicelda o potencial de reducció. Les diferents substàncies que poden ser triades per a cada semicelda donen lloc a distintes diferències de potencial de la cela completa, que és el paràmetro que pot ser medit. No es pot medir el potencial de cada semicelda, sino la diferència entre els potencials d'abdós. Cada reacció està experimentant una reacció d'equilibri entre els diferents estats d'oxidació dels ions; quan s'alcança l'equilibri, la cèlula no pot proporcionar més tensió. En la semicelda que està sofrint l'oxidació, quant més prop de l'equilibri es troba el ion/àtom en l'estat d'oxidació més positiu, tant més potencial va a donar esta reacció. De la mateixa manera, en la reacció de reducció, quant més llunt de l'equilibri es troba el ion/àtom en l'estat d'oxidació més negatiu, més alt és el potencial.

Potencials d'electrodo i força electromotriz d'una pila

El potencial o força electromotriz d'una pila es pot predir a través de l'utilisació dels potencials d'electrodo, les tensions de cada semicelda. (Vore taula de potencials d'electrodo estàndar). La diferència de voltage entre els potencials de reducció de cada electrodo dona una predicció per al potencial medit de la pila.

$E_{pila}=E_{c\acute{a}todo}-E_{\acute{a}nodo}$

Els potencials de pila tenen un ranc possible des de 0 fins a 6 volts. Les piles que usen electrolitos dissolts en aigua generalment tenen potencials de cela menors de 2,5 volts, ya que els oxidants i reductorés molt potents, que es requeririen per a produir un major potencial, tendixen a reaccionar en l'aigua.