Celda de concentración
Una celda de concentración, también llamada pila de concentración, es una pila galvánica en la cual las dos semiceldas están formadas por el mismo metal en la misma solución. La corriente eléctrica es generada gracias a que las concentraciones de la solución en las semiceldas son distintas, en una la solución estará más concentrada que en la otra.
Entonces, los electrones tenderán a fluir desde la semicelda en donde la solución es más diluída hacia la solución más concentrada, de manera de reducir los iones disueltos, y que la concentración de la solución concentrada disminuya, al mismo tiempo que la concentración de iones en la solución diluída aumentará (debido a que se está oxidando, está cediendo electrones).
Cuando las concentraciones en las soluciones se igualan, ya no se genera una diferencia de potencial, no hay transporte de electrones, entonces la pila se ha agotado.
La diferencia de potencial generado por este tipo de pilas viene dada por la ecuación de Nernst:
Donde n es el número de electrones intercambiados, F es la constante de Faraday, R la constante universal de los gases ideales, T la temperatura en grados Kelvin, c1 en la concentración de la solución más concentrada y c2 la concentración de la solución más diluida.
Como se ve en la ecuación, el voltaje generado depende de la temperatura, aumentando cuando ésta aumenta. A 25°C, el valor de la constante 2,303RT/F es 0,059 V.
Para armar una celda de concentración, podemos colocar por ejemplo dos electrodos de plata en cada semicelda, cada uno sumergido en una solución de nitrato de plata. Una de las soluciones de nitrato de plata puede ser por ejemplo 0,3 M y la otra 0,03 M. Colocamos además un puente salino de nitrato de sodio, y un voltímetro que nos indique la diferencia de potencial generada.
Lo que va a suceder en la semicelda donde la concentración de iones plata es menor, es que el electrodo de plata se irá disolviendo, se irán oxidando los átomos generando iones plata para aumentar la concentración de iones en la solución. Los electrones liberados en este proceso de oxidación se trasladarán a la semicelda en donde la concentración de iones plata es mayor, reduciendo estos iones, que se depositarán en el electrodo en forma de átomos de plata.
De manera que el electrodo que está sumergido en la solución menos concentrada es el ánodo, y el que está sumergido en la solución más concentrada sería el cátodo.
Con el armado de este tipo de pilas, se puede comprobar experimentalmente la ecuación de Nernst, midiendo los voltajes obtenidos usando soluciones de distinta concentración, y comparándolos con el voltaje calculado teóricamente.
También puede ocurrir un fenómeno similar al que ocurre cuando un metal está en contacto con soluciones de diferente concentración, cuando el metal se encuentra en contacto con distintas concentraciones de oxígeno en distintos puntos. La zona del metal que se halle en contacto con mayor concentración de oxígeno será catódica y la zona donde la concentración de oxígeno sea menor, será anódica.