Construir una pila a partir de potenciales de reducción y relacionar fem, Gibbs y condiciones de funcionamiento.
Míralo en un dibujo
Pila Zn/Cu esquemática: ánodo de zinc, donde ocurre oxidación; cátodo de cobre, donde ocurre reducción. Los electrones circulan por el circuito externo de Zn a Cu; el puente salino permite transporte iónico.
Antes de seguir: ¿Circulan electrones por el puente salino?
Comprueba tu razonamiento
No. El puente permite movimiento de iones para mantener la electroneutralidad; los electrones circulan por el conductor externo.
Antes de empezar
Necesitas manejar: Números de oxidación; Ajuste; Moles y energía.
Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.
¿Ánodo?
Oxidación.
En un minuto
- Oxidación.
- Reducción.
- Por el circuito externo del ánodo al cátodo.
- Permitir compensación iónica de carga, no transportar electrones como un cable.
Entiende la idea
El concepto
Una pila galvánica convierte un proceso redox favorable en trabajo eléctrico. La oxidación ocurre en el ánodo y la reducción en el cátodo. Estas definiciones se mantienen también en electrólisis; lo que cambia entre tipos de celda es el signo del electrodo. En una pila galvánica, el ánodo suele ser negativo y el cátodo positivo respecto del circuito externo.
Los potenciales estándar tabulados suelen ser potenciales de reducción. Para obtener la fuerza electromotriz estándar se resta el potencial de reducción del ánodo al del cátodo. No se multiplican los potenciales por coeficientes estequiométricos: son magnitudes intensivas. Los electrones sí se igualan al ajustar la reacción global y determinan n en las relaciones termodinámicas.
Cómo utilizarlo sin errores
El circuito externo transporta electrones desde ánodo hacia cátodo. El puente salino o separación iónica mantiene la compensación de carga mediante movimiento de iones; no es un camino por el que circulen los electrones como por el cable. La descripción debe conectar la reacción local con esa necesidad de electroneutralidad.
En condiciones estándar, ΔG°=−nFE° relaciona favorabilidad y potencial. Las condiciones estándar se definen mediante actividades y presión estándar, aproximadas a veces por disoluciones 1 M en problemas básicos. Fuera de ellas, el potencial depende de la composición mediante Nernst. Una pila con E° positiva no mantiene necesariamente el mismo potencial en cualquier mezcla, y en equilibrio el potencial reversible asociado a la reacción se anula.
Fórmulas y condiciones de uso
Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.
Consultar la notación textual original
E°celda=E°red,cátodo−E°red,ánodo. ΔG°=−nFE°. E=E°−(RT/nF)ln Q. A 25 °C: E≈E°−(0,05916/n)log Q.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · Dados E°(Cu²⁺/Cu)=+0,34 V y E°(Zn²⁺/Zn)=−0,76 V, construye la pila y calcula E°.
- Cu²⁺ se reduce en el cátodo y Zn se oxida en el ánodo. Reacción: Zn+Cu²⁺→Zn²⁺+Cu.
- E°=0,34−(−0,76)=1,10 V; se intercambian n=2 electrones.
- Los electrones recorren el cable desde Zn hasta Cu. No se multiplica 0,34 por dos para ajustar los electrones.
Ejemplo 2 · Para esa reacción, calcula ΔG° con F=96485 C/mol y luego E a 25 °C si Q=100.
- ΔG°=−2·96485·1,10=−212267 J/mol≈−212,3 kJ/mol de reacción.
- Nernst: E≈1,10−(0,05916/2)·log100=1,10−0,05916=1,04084 V.
- El aumento del cociente de productos respecto de reactivos reduce el potencial para el sentido escrito.
Practica antes de mirar la solución
Práctica 1 · Una pila usa potenciales de reducción +0,80 V en cátodo y −0,20 V en ánodo. Calcula E°.
Primera ayuda
Resta el potencial de reducción del ánodo.
Ver solución razonada
E°=0,80−(−0,20)=1,00 V.
Práctica 2 · Si se multiplica por dos la reacción global de una pila, ¿qué ocurre con E° y ΔG°?
Primera ayuda
Distingue magnitud intensiva y extensiva.
Ver solución razonada
E° permanece igual; n se duplica y ΔG° se duplica. Multiplicar el potencial sería incorrecto.
Práctica 3 · En la pila Zn/Cu, ¿por qué pueden desplazarse aniones hacia el compartimento del ánodo?
Primera ayuda
La oxidación produce Zn²⁺.
Ver solución razonada
La formación de cationes aumentaría la carga positiva local; el movimiento iónico ayuda a compensarla. Los electrones salen por el circuito externo, no por el puente salino.
El error que debes evitar
No sumar potenciales de reducción sin cambiar el sentido correspondiente. No multiplicar E° por coeficientes. No identificar ánodo siempre con positivo. No confundir estándar con cualquier concentración.
Comprueba lo aprendido
Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.
En cualquier celda electroquímica, el ánodo es donde…
Solución y explicación
Respuesta: Se oxida. Ánodo se define por oxidación, no por el signo fijo del electrodo.
Un potencial estándar de reducción se multiplica por coeficientes…
Solución y explicación
Respuesta: No. El potencial es intensivo.
E° positiva para el sentido escrito implica ΔG°…
Solución y explicación
Respuesta: Negativa. ΔG°=−nFE° con n y F positivos.
Recupera las ideas de memoria
Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.
¿Ánodo?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Oxidación.
Intenta responder antes de mirar.
¿Cátodo?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Reducción.
Intenta responder antes de mirar.
¿Por dónde pasan electrones en la pila?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Por el circuito externo del ánodo al cátodo.
Intenta responder antes de mirar.
¿Función del puente salino?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Permitir compensación iónica de carga, no transportar electrones como un cable.
Intenta responder antes de mirar.
Explícalo y llévalo a otro problema
Escribe la notación Zn(s)|Zn²⁺(aq)||Cu²⁺(aq)|Cu(s) y explica qué representa cada línea sin afirmar que el puente conduce electrones.
Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.
Consolida el tema completo
Abrir resumen, esquema y refuerzo de Reacciones redox
Fuentes y revisión editorial
Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.