pilas y electrolisis

PILAS Y ELECTRÓLISIS
PILAS VOLTAICAS
Pila voltaica o pila electroquímica es un dispositivo que permite producir una corriente
eléctrica a partir de una reacción de oxidación-reducción espontánea
COMPONENTES Y FUNCIONAMIENTO
FLUJO DE ELECTRONES
Electrodos: Laminas de metal donde tienen lugar la
oxidación y la reducción.
ÁNODO (--) (Zn)


VOLTIMETRO
V
PUENTE SALINO
-+
Cl
K
FLUJO DE ELECTRONES
CÁTODO (+) (Cu)
ÁNODO: electrodo en el que tiene
zzZn2+
Cu2+
lugar la oxidación. Polo NEGATIVO.
Durante el proceso disminuye la masa Disolución
Disolución
de la lámina del metal.
ZnSO4
CuSO4
CÁTODO: electrodo en el que tiene lugar la reducción. Polo POSITIVO.
Durante el proceso aumenta la masa del metal.
Conductor externo o hilo conductor: permite el flujo constante de los electrones desde el
ÁNODO AL CÁTODO (DEL POLO NEGATIVO AL POLO POSITIVO).
Voltímetro: es un aparato que mide la fuerza electromotriz de la pila, es decir, la diferencia
de potencial entre los electrodos, a la que se debe el flujo de electrones. La fem o potencial de
la pila depende de la naturaleza de los electrodos, de la concentración de las disoluciones
electrolíticas o electrólitos y de su temperatura. Cuanto mayor es el potencial de la pila, mayor
será la capacidad para producir flujo cte de electrones.
Puente salino: que contiene una disolución de un electrolito inerte para los procesos de la pila
(ejemplo típico KCl). Su misión es cerrar el circuito y mantener cte la neutralidad electrolítica
de las dos disoluciones que componen la pila, anódica y catódica.
REPRESENTACIÓN DE LA PILA VOLTAICA
Elemento ion (aq. 1,0 M)
…Ánodo disolución de sal
Ejemplo:
Zn (s)
ÁNODO
ion (aq. 1,0M) Elemento
Don de sal
Cátodo
Zn2+ (aq, 1,0M)
Cu2+ (aq, 1,0M)
Cu (s)
CÁTODO
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RESUMEN:





Un electrodo actúa de cátodo o de ánodo dependiendo de la naturaleza del otro
electrodo con el que forma la pila voltaica.
ÁNODO – OXIDACIÓN (disminuye masa del metal); Polo negativo
CÁTODO – REDUCCIÓN (aumenta la masa metal ; Polo positivo
Los electrones circulan del polo negativo al positivo (del ánodo al cátodo).
POTENCIAL ESTÁNDAR DE LA PILA:
𝑬𝟎𝑷𝑰𝑳𝑨 = 𝑬𝟎𝒄á𝒕𝒐𝒅𝒐 − 𝑬𝟎á𝒏𝒐𝒅𝒐
Entonces para que se forme la pila (reacción espontanea) se debe cumplir que E0pila> 0 (el
potencial estándar del cátodo tiene que ser mayor que el potencial estándar del ánodo.)
POTENCIAL ESTÁNDAR DE REDUCCIÓN DE ELECTRODO
Es la diferencia de potencial medida en una pila formada por este electrodo ( que se coloca en
el cátodo) y el electrodo de hidrógeno(que se oxida en el ánodo), ambos en condiciones
estándar (p = 1 atm ; T = 25ºC ; concentración 1M).
CONVENIO DE SIGNOS:


Las semireacciones cuyo potencial estándar de reducción es negativo corresponden a
los electrodos, semisistemas o pares redox, que actúan como ánodo frente al
electrodo estándar de hidrógeno.
Las semireaaciones con potencial estándar de reducción positivo corresponden a los
electrodos que actúan como cátodo frente al electrodo estándar de hidrogeno.
PODER OXIDANTE Y REDUCTOR:
Recordamos: En las reacciones de reducción, el oxidante se reduce, capta electrones y
disminuye el número de oxidación. En las reacciones de oxidación, el reductor se oxida, cede
electrones, aumenta el número de oxidación.
Cuanto mayor es E0 mayor es el poder oxidante de la especie oxidada.
ELECTRÓLISIS
Electrólisis: Es el proceso en el que el paso de la corriente eléctrica por una disolución o por un
electrólito fundido (sustancias que, disueltas en agua, producen disoluciones conductoras de la
electricidad debido a la presencia de iones, son conductores de 2ª especie) produce una
reacción de oxidación-reducción no espontanea.
Componentes:
Cuba electrolítica: Recipiente donde se realiza el proceso. Contiene la disolución o electrólito
fundido en el que se sumergen los electrodos conectados a una fuente de corriente continua
de la que la cuba recibe los electrones.
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Electrodos: superficies sobre las que se producen las semireacciones de oxidación –
reducción. Suelen ser inertes a los reactivos que contiene la cuba electrolítica.


Ánodo: Electrodo en el que se produce la oxidación, se conecta al polo positivo de la
fuente de corriente continua.
Cátodo: Electrodo en el que se produce la reducción, se conecta al polo negativo de la
fuente de corriente continua.
DIFERENCIAS ENTRE PILA VOLTAICA Y CUBA ELECTROLÍTICA
PILA VOLTAICA
Una reacción química produce energía
eléctrica.
Hay dos electrólitos.
La reacción redox es espontanea.
El ánodo es el polo negativo.
El cátodo es el polo positivo.
CUBA
ELECTROLÍTICA
La energía eléctrica produce una
reacción química.
Hay un solo
electrólito.
La reacción redox NO es
espontanea.
El ánodo es el polo positivo.
El cátodo es el polo negativo.
ELECTRÓLISIS IMPORTANTES

Electrólisis del cloruro de sodio fundido:
El electrolito es el cloruro de sodio fundido disociado en sus iones. Al introducir los
electrodos inertes en el electrólito y conectarlos a la fuente de corriente, los aniones,
Cl-- , se mueven hacia el ánodo, donde se descargan al dejar sus electrones y los
cationes, Na+, se dirigen al cátodo, donde se descargan recibiendo electrones.
Oxidación en el ánodo:
2 Cl-- − 2 e-- → Cl2 (g)
Reducción en el cátodo:
2 Na+ + 2 e-- → 2 Na (l)
Reacción Global:
2 Na+ +2 Cl-- → Cl2 (g) + 2 Na (l)
El sodio obtenido en el cátodo, menos denso que el fundido, flota en este en forma
líquida y el cloro gaseoso se recoge en el ánodo.

Electrolisis del agua
Para lograr la electrólisis del agua suele añadirse una pequeña cantidad de ac. sulfúrico
ya que el agua pura no contiene iones libres suficientes para conducir la electricidad
Oxidación en el ánodo:
Reducción en el cátodo:
Reacción Global:
2 H2O (l) − 4 e-- → O2 (g) + 4 H+ (aq)
4 H+ (aq) + 4 e-- → 2 H2 (g)
2 H2O (l) → O2 (g) + 2 H2 (g)
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Se obtiene hidrógeno en el cátodo y oxigeno en el ánodo. El H2O se oxida antes que los
iones de SO42-- del ácido(estos no se descargan ya que necesitan un potencial más
alto). El ácido no se consume.

Electrólisis del sulfato de cobre (II) en disolución acuosa:
En la electrólisis de sales disueltas el H2O puede interferir en el proceso como ocurre
con el CuSO4 (aq), donde las moléculas de H2O se oxidan en el ánodo antes que los
iones de SO42-- .
CuSO4 (aq) → Cu2+ (aq)+ SO42--- (aq)
2 H2O (l) − 4 e-- → O2 (g) + 4 H+ (aq)
2 Cu 2+ (aq) + 4 e-- → 2 Cu (s)
2 Cu2+ (aq) + 2 H2O (l) → 2 Cu (s) + O2 (g) + 4 H+
Disociación iónica:
Oxidación en el ánodo:
Reducción en el cátodo:
Reacción Global:
Sobre el cátodo se deposita cobre metálico mientras que en el ánodo se recoge gas
oxígeno.
LEY DE FARADAY
Enuncia que: La masa de elemento oxidada o reducida en cada electrodo de una cuba
electrolítica es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el circuito
y al equivalente- gramo del elemento.
𝑀
m = 𝑍 ·𝐹 · 𝑄 =
𝑀
𝑍·𝐹
·𝐼·𝑡 ;
donde:
𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑎𝑑𝑎 (𝑔)
𝑄 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎 (𝐶: 𝑐𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏𝑖𝑜𝑠)
𝑀 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑚. (𝑔)
𝐹 = 1 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎𝑦 = 96487 𝐶 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑒 −
𝑍 = 𝑛º 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠
𝐼 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝐴: 𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑠)
𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑠)
En general, el proceso de deposición de un metal por procedimientos electrolíticos se ajusta a
la ecuación:
XZ+ (aq) + Z e— → X (s) ; lo que significa que, por cada mol de X
depositado, circularan Z moles de electrones. Entonces:
𝑍·𝐹 (𝐶)
𝑀(𝑔)
=
𝑄 (𝐶)
𝑥 (𝑔)
Recordar: peso equivalentes: eq (XZ+) =
𝑀
𝑍
Reacciones espontaneas ∆𝐺 < 0 ; ∆𝐺 = −𝑛 · 𝐹 · 𝐸 donde n = electrones transferidos.
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