Cela galvànica

Erro al crear miniatura:

Cela galvànica

Archiu:Galvanic cell with no cation flow.svg

La cela galvànica o cela voltaica, denominada en honor de Luigi Galvani i Alessandro Volta respectivament, és una cela electroquímica que obté l'energia elèctrica a partir de reaccions redox espontànees que tenen lloc dins de la mateixa. Per lo general, consta de dos metals diferents conectats per un pont salino, o semiceldas individuals separades per una membrana porosa. Volta va ser l'inventor de la pila voltaica, la primera pila elèctrica.

En l'us comú, la paraula pila és una cela galvànica única i una bateria pròpiament dita consta de vàries celes, conectades en série o paralel.

Història

Artícul principal → Història de la pila.

En 1780, Luigi Galvani va descobrir que quan dos metalés diferents (coure i zinc, per eixemple) es posaven en contacte i, a continuació, abdós tocaven diferents parts d'un nervi d'un anca de granota, feyen que es contragueren els músculs de dita extremitat. Va cridar a este fenomen "electricitat animal" i va servir de model per al disseny de la primera pila. La pila voltaica inventada per Alessandro Volta en 1800 és similar a la pila galvànica. Estos descobriments varen aplanar el camí per a les bateries elèctriques.

Contingut

Archiu:Galvanic cell labeled.svg

Esquema d'una cela galvànica de Zn-Cu.

Una cela galvànica consta de dos semipilas (denominades també semiceldas o electrodos). En la seua forma més simple, cada semipila consta d'un metal i una solució d'una sal del metal. La solució de la sal conté un catión del metal i un anión per a equilibrar la càrrega del catión. En essència, la semipila conté el metal en dos estats d'oxidació, i la reacció química en la semipila és una reacció redox, escrita simbòlicament en el sentit de la reducció com:

M ⁿ⁺ (espècie oxidada) + n i^- $\leftrightarrow$ M (espècie reduïda)

En una pila galvànica un metal és capaç de reduir el catión de l'atre, i, pel contrari, l'atre catión pot oxidar al primer metal. Les dos semipilas deuen estar separades físicament de manera que les solucions no es mesclen. S'utilisa un pont salino o una placa porosa per a separar les dos solucions.

El número d'electrons transferits en abdós direccions deu ser el mateix; aixina les dos semipilas es combinen per a donar la reacció electroquímica global de la cela. Per a dos metals, A i B:

A ⁿ⁺ + n i^- $\leftrightarrow$ A.

B ^m+ + m i^- $\leftrightarrow$ B.

m A + n B ^m+ $\leftrightarrow$ n B + m A ⁿ⁺

Açò no és tota l'història, ya que els aniones també deuen ser transferits d'una semicelda a l'atra. Quan un metal es oxida en una semipila, deuen transferir-se aniones a la semipila per a equilibrar la càrrega elèctrica del catión produït. Els aniones són lliberats de l'atra semipila quan un catión es reduïx a l'estat metàlic. Per lo tant, el pont salino o la membrana porosa servixen tant per a mantindre les solucions separades com per a permetre el fluix de aniones en la direcció oposta al fluix d'electrons en el cable de conexió dels electrodos.

El voltage de la pila galvànica és la suma dels potencials de les dos semipilas. Es medix conectant un voltímetro als dos electrodos. El voltímetro té una resistència molt alta, per lo que el fluix de corrent és realment insignificant. Quan un dispositiu com un motor elèctric es conecta als electrodos fluïx una corrent elèctrica i les reaccions redox es produïxen en abdós semipilas. Açò continuarà fins que la concentració dels cationes que es reduïxen s'aproxime a zero.

Per a la pila galvànica, representada en la figura, els dos metals són zinc i coure, i les dos sals són els sulfats del metal corresponent. El zinc és el metal més reductor, de modo que, quan un dispositiu es conecta a abdós electrodos, la reacció electroquímica és

Zn + Cu²⁺ $\to$ Zn²⁺ + Cu

L'electrodo de zinc es dissol i el coure es deposita en l'electrodo de coure. Per definició, el càtodo és l'electrodo a on té lloc la reducció (guany d'electrons), per lo que l'electrodo de coure és el càtodo. L'ànodo atrau cationes, que tenen una càrrega positiva, per lo que l'ànodo és l'electrodo negatiu. En este cas el coure és el càtodo i el zinc és l'ànodo.

Les celes galvàniques s'usen normalment com a font d'energia elèctrica. Per la seua pròpia naturalea produïxen corrent. Per eixemple, una bateria de plom i àcit conté un número de celes galvàniques. Els dos electrodos són efectivament plom i òxit de plom.

La cela Weston es va adoptar com un estàndart internacional per al voltage en 1911. L'ànodo és una amalgama de mercuri (element) i cadmi, el càtodo està fet de mercuri pur, l'electròlit és una solució (saturada) de sulfat de cadmi i el despolarisador és una pasta de sulfat de mercuri (I). Quan la solució d'electròlit està saturada el voltage de la cela és molt reproduible; d'ahí el seu us com un estàndart.