Acerca de este experimento
Una pila galvánica convierte una reacción química en electricidad. Coloca zinc en sulfato de zinc y cobre en sulfato de cobre, conecta los metales con un cable y las disoluciones con un puente salino, y los electrones fluyen del zinc al cobre. Cada metal tiene su propia tendencia a perder electrones, medida por su potencial de electrodo; la diferencia entre ambos determina el voltaje. Combina distintos metales, cambia las concentraciones y la temperatura, conecta después una carga y observa cómo la pila se descarga a medida que avanza la reacción.
Objetivos de aprendizaje
- Identifica el ánodo, el cátodo y la dirección del flujo de electrones en una pila galvánica
- Calcula el potencial estándar de la pila a partir de los potenciales estándar de electrodo
- Escribe las semirreacciones y la reacción global de una pila
- Explica con la ecuación de Nernst cómo cambian el voltaje la concentración y la temperatura
- Explica la función del puente salino y por qué una pila acaba descargándose
Cómo usarlo
- 1Con zinc y cobre a 1 M, lee el voltaje en el voltímetro. Compáralo con E°(Cu²⁺/Cu) - E°(Zn²⁺/Zn).
- 2Sustituye el cobre por plata y, después, por magnesio en el otro lado. ¿Qué pareja produce el mayor voltaje y qué electrodo es el ánodo en cada caso?
- 3Vuelve al zinc y al cobre. Reduce la concentración de iones de cobre a 0,01 M. ¿Cuánto cambia el voltaje? Compáralo con la ecuación de Nernst.
- 4Coloca cobre en ambos lados, con concentraciones de 1 M y 0,001 M. ¿Por qué hay voltaje si los dos electrodos son del mismo metal?
- 5Pulsa «Conectar una carga» y descarga la pila. Observa los electrodos, el color de la solución de cobre y la gráfica del voltaje. ¿Cuándo cae rápidamente el voltaje?
- 6Reduce la resistencia de carga. ¿Cómo cambia esto la corriente y cuánto tiempo dura la celda?
El modelo
Supuestos
- Para los potenciales de electrodo se usan valores estándar a 25 °C y la ecuación de Nernst con concentraciones en lugar de actividades.
- Cada vaso contiene 100 mL. El puente salino tiene una resistencia que, junto con las soluciones, se considera una resistencia interna de 2 Ω.
- La corriente no puede superar lo que la difusión puede suministrar: está limitada a 2 A por cada mol/L de iones en el cátodo. Por eso el voltaje cae rápidamente cuando se agotan los iones del cátodo.
- Se ignoran las reacciones secundarias, como la reacción directa del zinc con el ácido de la solución. Mientras la celda se descarga, transcurre una hora por segundo.
Pruébalo en clase
- Q1¿Qué metal de la lista es el agente reductor más fuerte? ¿Cómo se puede saber a partir de los potenciales de electrodo?
- Q2Escribe la ecuación global de una pila formada por magnesio y plata. ¿Cuál es su potencial estándar de celda?
- Q3¿Por qué deja de funcionar una pila si se retira el puente salino?
- Q4¿Por qué el voltaje de una pila de zinc y cobre apenas cambia durante la mayor parte de su vida útil y luego cae de repente?
- Q5Una pila de concentración tiene el mismo metal en ambos lados. ¿Qué lado es el cátodo y qué ocurre con las dos concentraciones durante la descarga?
Preguntas frecuentes
¿Por qué el ánodo es negativo en una pila galvánica, mientras que es positivo en la electrólisis?
La oxidación siempre ocurre en el ánodo. En una pila galvánica, la oxidación libera electrones en el metal, por lo que el ánodo se convierte en el terminal negativo. En la electrólisis, una fuente externa extrae electrones del ánodo, por lo que este está conectado al terminal positivo.
¿Qué función cumple el puente salino?
Permite que los iones se desplacen entre las disoluciones para que cada una mantenga la neutralidad eléctrica, sin que se mezclen. Los iones negativos se desplazan hacia el ánodo y los positivos hacia el cátodo.
¿Por qué baja la lectura del voltímetro cuando se conecta una carga?
Cuando circula corriente, parte de la fuerza electromotriz se utiliza para impulsar la corriente a través de la resistencia interna de la pila. La tensión en la carga es la fuerza electromotriz menos I por r.