Determinación del voltaje de una pila electroquímica
El voltaje de una pila de tipo electroquímica formada por dos semiceldas de cualquier tipo, se puede calcular de manera sencilla a través de combinación de los diferentes potenciales de reducción estándar de las semireacciones que se encuentran implicadas. El voltaje que tiene la pila se puede calcular como la diferencia que existe entre los diferentes potenciales de reducción estándar de la semicelda de reducción (εº red) y de la semicelda de oxidación ( εºoxid.)
Δεº = εº red -εºoxid
Así por ejemplo, para poder calcular el voltaje de la pila del ejemplo siguiente, que se encuentra formada por cobre y por plomo:
Pb (s)│ pb2+ (1M) ││ Cu2+ (1M) │ Cu (s)
tan sólo necesitaríamos saber los valores que tienen los potenciales de reducción estándar: εº Pb2+/Pb y εº Cu2+/Cu, dichos valores se encuentran tabulados. Las reacciones que tienen lugar para cada electrodo son:
Ánodo ( negativo): Pb (s) → Pb2+ (1M) + 2e- ; ( semireacción de oxidación)
Cátodo ( positivo): Cu2+ (1M) + 2e- → Cu ( s), ( semireaccion de reducción)
Así llegamos a la reacción global, que se escribe como:
Pb(s) + Cu2+ (1M) → Pb2+ (1M) + Cu (s)
Si tenemos en cuenta los potenciales de reducción estándar son: εº Cu2+/Cu = +0,34 V y εº Pb2+/Pb = -0,13 V, el voltaje de la pila podemos calcularlo de esta manera:
Δεº = εº red – εº oxid = εº Cu2+/Cu – εº Pb2+/Pb = 0,34 – (-0,13) = 0,47 V
Cuando desconocemos las reacciones que tienen lugar para cada electrodo, podremos deducirla de la fuerza relativa que presentan las especies oxidantes y reductoras que participan en la pila.
Saber calcular el Δεº para una pila electroquímica, es además una herramienta de gran utilidad para poder saber si una determinada reacción es de oxidación- reducción es espontánea.
En las reacciones de tipo redox que se desarrollan espontáneamente la semireacción de oxidación se llevará acabo en el ánodo de una hipotética pila electroquímica mientras que la semirreacción de reducción se realizará en el cátodo o lado positivo.
Así por tanto, podemos decir que:
Si el voltaje de la pila electroquímica ( cuando se encuentre en condiciones estándar)que está asociada a una reacción redox sea cual sea, es positivo, es decir, Δεº>0, la reacción diremos que es de tipo espontánea.
Por lo contrario, si el voltaje de la pila es negativo, es decir Δεº<0, la reacción espontánea será la contraria. Por ejemplo, la reacción siguiente: Zn + Ag+ (ac) → Zn2+ (ac) + Ag ; es de tipo espontánea, debido a que la diferencia existente de potencial de la pila electroquímica que se asocia es mayor de cero: