Secundaria Funcionamiento de pila

[alexpglez]

Hola, quería saber sobre el funcionamiento de la pila. Por lo que entiendo de wikipedia:

Hay dos disoluciones de sales (no sé si son poco solubles), un puente (no sé si es una disolución) de una tercera sal y dos electrodos de los metales correspondientes a la sales. El equilibrio de éstas nos da iones y éstos atrapan o dan electrones a los electrodos.
¿Las sales disueltas tienen que ser algunas concretas?
Me refiero, para el puente parece que se usa bastante la sal común NaCl, y los iones de cobre y azufre son +2. Esto es por algo¿?
Finalmente, como funciona¿?
Parece que en los electrodos hay un equilibrio entre Cu+2, Na+, Cl-, SO4-2, y Na2SO4, CuCl2 y Cu2SO4 puede ser¿?

[arivasm]

Re: Funcionamiento de pila

Hay dos disoluciones de sales (no sé si son poco solubles)

Desde luego es posible plantear procesos redox en los que no intervengan disoluciones, tales como $\rm 2 SO_3(g) + C(s) \to 2 SO_2(g) + CO(g)$. Ahora bien, para poder realizar con ellos una pila electroquímica es indispensable separar físicamente ambas semirreacciones. Como consecuencia, al intervenir electrones en las mismas es obvio que será necesaria la participación de otros iones, lo que implica disoluciones (o pastas, que podríamos asimilar con disoluciones de muy elevada concentración).

Así pues, sí, en toda pila electroquímica están presentes disoluciones. Hasta donde sé siempre son de sales solubles.

un puente (no sé si es una disolución) de una tercera sal

La finalidad del puente salino es totalmente pasiva: para que la pila sea útil al conectar los electrodos deberá haber un flujo de electrones a través del conductor que se use para ello. Ahora bien, como no es posible transferir sólo electrones de una parte de la célula a la otra se hace imprescindible un contacto que cierre el circuito por otro camino: ésa es la finalidad del puente salino que, por supuesto, puede ser reemplazado por una membrana, o incluso por nada (es decir, que ambos electrolitos estén en la misma disolución, como sucede con las famosas pilas de patata o limón).

y dos electrodos de los metales correspondientes a la sales.

Aclaremos que en la pila de patata dichos iones se producen por la reacción entre los electrodos y los ácidos presentes.

Así pues, sí, han de estar presentes todas las especies que participen en el proceso redox. Eso sí, no siempre los electrodos deberán ser reactivos o productos de la reacción. Por ejemplo, si una de las semirreacciones es $\rm 2H^+(aq) + 2 e^- \to H_2(g)$ ninguna de estas especies constituirá el electrodo, que deberá ser de un material inerte (por ejemplo, platino) si no queremos que también participe en otros procesos redox.

El equilibrio de éstas nos da iones y éstos atrapan o dan electrones a los electrodos.

No es exactamente el equilibrio el que da los iones: más bien la tendencia hacia el equilibrio que sigue toda reacción química. Precisamente cuando se alcanza el equilibrio químico el potencial de la pila (diferencia de potencial entre los electrodos) será 0.

¿Las sales disueltas tienen que ser algunas concretas?

Como dije antes, tienen que estar presentes todas las especies que participen en las semirreacciones.

Me refiero, para el puente parece que se usa bastante la sal común NaCl

Como dije antes, no hace falta nada especial: algo que permita el paso de carga positiva desde la parte que cede electrones hacia la que los recibe y/o carga negativa en sentido opuesto. El cloruro de sodio se usa en las demostraciones de clase porque es muy barato al tiempo que bastante inerte (sobre todo el ión sodio, el cloruro sí puede participar en procesos redox).

, y los iones de cobre y azufre son +2. Esto es por algo¿?

En primer lugar, no son iones azufre, sino sulfato. No, no hay ninguna razón especial. En el caso del cobre 2 simplemente porque la semirreacción usada es $\rm Cu^{2+}(aq) + 2 e^- \to Cu(s)$. Por lo que se refiere al sulfato, valdría cualquier sal de cobre. No obstante, conviene que el anión no participe (sea inerte) en otros procesos redox, para no complicar el estudio de lo que pasa en la pila.

Finalmente, como funciona¿?

La relación entre energía libre y potencial de pila $E$ es, como es fácil de entender, $\Delta G= -nF E$, donde $nF$ es la carga de los electrones intercambiados ($F$ es la carga de un mol de electrones, unos 96500 C, $n$ es el número de electrones que se intercambian en la reacción -y que depende de cómo la escribamos, como nos sucede con la $\Delta G$-).

Digo que es fácil de entender por algo que ya comentamos en otro hilo: el voltaje es una energía por unidad de carga.

Así pues, las razones que motivan la existencia del potencial de pila son exactamente las mismas que hacen que existan diferencias de energía libre (negativas) en las reacciones químicas que pueden ocurrir de manera espontánea: pura Termodinámica.