PILAS

Elaboró: Esther Flores Cruz

OBJETIVO

Al finalizar esta sesión el alumno identificará los elementos de una pila y determinará su potencial o fuerza electromotriz (fem).

ANTECEDENTES

Electroquímica

Reacción redox

Pila

Reacción espontánea

Diagrama de predicción de una reacción espontánea

ANTECEDENTES

•ELECTROQUÍMICA: la electroquímica es la rama de la Química que estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química

ANTECEDENTES

•REACCIÓN REDOX : una reacción redox, llamada también de oxidación- reducción,es aquella donde se realiza un intercambio de electrones, de manera que una sustancia se oxida y la otra se reduce.

•PILA: una pila (llamada también celda galvánica o voltaica), es aquella en la que una reacción química redox espontánea genera energía eléctrica.

ANTECEDENTES

ANTECEDENTES

•REACCIÓN ESPONTÁNEA: es una reacción química cuantitativa hacia la formación de los productos, es decir, se desplaza hacia la derecha.

Eo(V)Ox1 Ox2

Red1 Red2

ANTECEDENTESDiagrama de predicción de una reacción espontánea

Aumento de la fuerza oxidante

Aumento de la fuerza reductora

ANTECEDENTES

Ox2 + ne Red2 reacción de reducción

Red1 Ox1 + ne reacción de oxidación

Donde ne es el número de electrones intercambiados en cada semirreacción.

Semirreacciones

Reacción global espontánea

Ox2 + Red1 Ox1 + Red2

ANTECEDENTES

ANTECEDENTES

Para calcular el potencial o fuerza electromotriz (fem) de la pila o celda, aplicamos la expresión siguiente :

Eo celda= Eo reducción – Eo oxidación

Donde Eo reducción es el potencial estándar de la especie que se reduce y Eo

oxidación el potencial estándar de la especie que se oxida.

METODOLOGÍA DE RESOLUCIÓN

Para la resolución de los ejercicios se recomienda:

•Consultar la tabla de potenciales estándar de reducción a 25(oC), de las sustancias involucradas en la reacción química(cuando la información no es proporcionada).

•En un diagrama de predicción de reacción química espontánea anotar los valores de potenciales estándar de las sustancias.

METODOLOGÍA DE RESOLUCIÓN

•La reacción química espontánea se lleva a cabo entre la sustancia más oxidante con la sustancia más reductora.

•Se identifica entonces la semirreacción de oxidación de la sustancia, así como la semirreacción de reducción de la otra especie involucrada.

METODOLOGÍA DE RESOLUCIÓN

•Para calcular el potencial o fem de la pila, se sustituyen los valores de los potenciales estándar de las sustancias de la reacción redox espontánea, en la expresión correspondiente .

Ejercicios resueltos

Se presentan dos ejercicios resueltos y al finalizar la explicación, se proponen cuatro ejercicios para resolver por el alumno.

Ejercicio resuelto

Cu2+(ac) + Zn(s) Cu(s) + Zn2+

(ac)

Cu2+(ac) + 2e Cu(s) reacción de reducción

Zn(s) Zn2+(ac) + 2e reacción de oxidación

Calcule el potencial de la pila (celda) a 25(oC) de acuerdo a la reacción redox espontánea siguiente:

Resolución: de la reacción se observa

Ejercicio resuelto

Eo celda = Eo reducción –Eo oxidación

Sustituyendo los valores de potencial estándar de reducción de las especies de la reacción, tenemos:

Eo celda =[ 0.34(V) ] – [-0.76(V)]

Eo celda = 1.10(V)

EJERCICIO RESUELTO

Prediga si la siguiente reacción procederá espontáneamente, y si es así, calcule el potencial de la pila generada a 25(oC).

Fe3+(ac) + V2+

(ac) Fe2+(ac) + V 3+

(ac)

Potenciales estándar de reducción de las especies:

Eo Fe

3+/Fe

2+ = 0.77(V)

Eo V

3+/V

2+ = -0.255(V)

EJERCICIO RESUELTO

V 3+

-0.255

V 2+

0.77

Fe 3+

Fe 2+

Eo(V)

Fe3+ (ac) + 1e Fe2+(ac) reacción de reducción

V2+(ac) V3+

(ac) + 1e reacción de oxidación

EJERCICIO RESUELTO

Diagrama para identificar la espontaneidad de la reacción química

Eo celda= Eo reducción - Eooxidación

Eocelda=[ 0.77(V)] - [ -0.255(V) ]

Eocelda=1.025(V)

EJERCICIO RESUELTO

EJERCICIOS PROPUESTOS

Prediga si las siguientes reacciones procederan espontáneamente a 25(oC), de ser así calcule la fem de la pila o celda generada.Consulte la tabla de potenciales estándar de reducción.

a) Sn2+(ac) + Fe(s) Sn(s) + Fe2+

(ac)

b) Cr(s) + Ag1+(ac) Cr3+

(ac) + Ag(s)

EJERCICIOS PROPUESTOS

c) Au3+(ac) + Pb(s) Au(s) + Pb2+

(ac)

d) Na(s) + Sn4+(ac) Na1+

(ac) + Sn2+(ac)

BIBLIOGRAFÍAChang, Raymond

Chemistry

McGraw-Hill

U.S.A. 1997.

Mortimer, Charles

Química

Grupo Editorial Iberoamérica

México, 1983