Q8.10. Sistemas electroquímicos
La electroquímica conecta reacciones redox con trabajo eléctrico. Celdas, potenciales y Nernst muestran cómo composición y energía libre determinan voltaje.
Objetivos de aprendizaje
- Distinguir celdas galvánicas y electrolíticas.
- Calcular E° de celda y Delta G°.
- Aplicar la ecuación de Nernst.
- Interpretar electrólisis, baterías y corrosión.
Mapa del capítulo
Celdas y electrodos
En toda celda, la oxidación ocurre en el ánodo y la reducción en el cátodo. En una celda galvánica la reacción espontánea produce corriente; en una electrolítica, una fuente externa fuerza una reacción no espontánea. Los electrones circulan por el circuito externo desde el ánodo hacia el cátodo en una pila galvánica, mientras el puente salino mantiene electroneutralidad.
Potenciales estándar
Los potenciales tabulados son potenciales estándar de reducción. Para una celda, E°celda = E°cátodo - E°ánodo usando valores de reducción. Si E°celda es positivo, Delta G° = -nFE° es negativo y la reacción es espontánea en condiciones estándar. Multiplicar una semirreacción no multiplica su potencial porque E es propiedad intensiva.
Nernst
Fuera del estado estándar, E = E° - (RT/nF) ln Q. A 25 °C puede escribirse E = E° - (0,05916/n) log Q. Cuando Q aumenta hacia productos, E disminuye. En equilibrio, E = 0 y se obtiene relación entre E° y K: E° = (RT/nF) ln K.
Aplicaciones
Las baterías buscan reacciones redox reversibles, alto voltaje, estabilidad y transporte iónico eficiente. La electrólisis usa corriente para producir sustancias; la ley de Faraday relaciona carga con moles de electrones. La corrosión es una celda electroquímica no deseada; protección catódica, recubrimientos y aleaciones reducen su avance.
Ejemplo trabajado de lectura fisicoquímica
Para una pila Daniell, Zn se oxida y Cu2+ se reduce. Con E°Cu2+/Cu = +0,34 V y E°Zn2+/Zn = -0,76 V, E°celda = 1,10 V y Delta G° es negativa.
Errores frecuentes y cómo evitarlos
| Error | Corrección conceptual |
|---|---|
| Multiplicar potenciales por coeficientes | Se multiplican Delta G, no E. |
| Confundir ánodo con signo fijo | Ánodo es oxidación; el signo depende de si la celda es galvánica o electrolítica. |
| Usar Nernst sin Q correcto | Q debe corresponder a la reacción global balanceada. |
Autoevaluación
- Calcula E° de una celda con potenciales de reducción.
- Aplica Nernst a una pila de concentración.
- Relaciona Delta G° y E°.