Quimica Reacciones

• Reacciones que consumen o producen energía.

Una reacción química, cambio químico o fenómeno químico, es todo proceso termodinámico en el cual una o más sustancias, por efecto de un factor energético, se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro de forma natural, o una cinta de magnesio de colocarla en una llama se convierte en oxido de magnesio, como un ejemplo de reacción inducida.

Tipos de reacciones

• Reacciones exotérmica

Son aquellas reacciones donde se libera calor, esto significa que la energía de las moléculas de los productos es menor que la energía de las moléculas de los reaccionantes.

• Reacciones endotérmicas

Son aquellas reacciones que absorben calor, lo que significa que la energía de las moléculas de los productos es mayor que la energía de las moléculas de los reaccionantes.

Celdas de Daniel´s.

La pila Daniell o celda de Daniell (a veces escrito como celda Daniel), también llamada celda de gravedad o celda de pata de gallo (llamada así por la forma del electrodo de zinc) fue inventada en 1836 por John Frederic Daniell, que era un químico británico y meteorólogo. Esta pila supuso una gran mejora sobre la pila voltaica que fue la primera celda galvánica desarrollada. La fuerza electromotriz, o voltaje o tensión teórica de esta pila es de 1,10 voltios.

Diseño de la celda.

La celda o pila Daniell original (hacia 1836) consiste de un ánodo de zinc metálico central inmerso en una vasija de barro poroso que contiene una disolución de sulfato de zinc. La vasija porosa, a su vez, está sumergida en una disolución de sulfato de cobre contenida en una vasija de cobre de mayor diámetro, que actúa como cátodo de la celda. El uso de una barrera porosa evita que los iones de cobre de la disolución de sulfato de cobre alcancen el ánodo de zinc y sufran una reducción directa. Esto haría ineficaz la celda porque se llegaría al equilibrio, por transferencia directa de electrones entre Zn y Cu2+, sin generar la corriente eléctrica que se obtiene al obligar a los electrones a ir por el circuito exterior.

El material poroso opone mucha resistencia al paso de los iones por lo que la celda tiene una gran resistencia que disminuye la corriente obtenida.1 No obstante, si no permitiese el paso de aniones entre las dos disoluciones (en sentido inverso a los electrones) la pila se polarizaría rápidamente y dejaría de funcionar.

Modelo con puente salino.

Más modernamente, se construye la pila separando las dos semirreaciones en dos recipientes diferentes: en uno de ellos hay un electrodo de cobre en una disolución de sulfato de cobre; en el otro recipiente hay una barra de zinc en una disolución de sulfato de zinc. Ambos electrodos metálicos están conectados por un cable conductor por donde circula la corriente eléctrica. Los dos recipientes están unidos por el puente salino que permite que la pila no se polarice por acumulación de cargas de un mismo signo en cada semicelda.

Las dos semiceldas están separadas aunque conectadas por un puente salino.

Funcionamiento

En el vaso de la izquierda se produce la oxidación del Zn que pasa de la placa de cinc a la disolución como catión Zn2+.

Zn ——› Zn2+ + 2e- ; V1= + 0,76 v

Los dos electrones que deja en la placa cada átomo de cinc que pasa a la disolución escapan por el cable exterior hasta la placa de Cu. En la disolución los iones SO4 = y los Zn2+ ya no están en equilibrio ya que ahora hay un exceso de iones Zn2+. Para neutralizarla los iones nitrato del puente salino se introducen en la disolución.

En el vaso de la derecha, cuando los electrones llegan a la placa de Cu, se produce una reducción del Cu+2 de la disolución a Cu metal:

Cu2+ + 2e- ——› Cu ; V2= + 0,33 v

La disolución de sulfato de Cu, inicialmente neutra, tiene ahora un exceso de iones sulfato al haberse depositado el Cu y para neutralizarla pasan a ella los iones K+ del puente salino.

El puente salino se encarga de mantener neutras las dos disoluciones ya que en caso contrario sería imposible la circulación de los electrones. La lámina de Zn pierde masa, y la de Cu la gana.

La reacción global en la pila será una reacción redox:

Zn + Cu2+ ——› Zn2+ + Cu y su potencial 0,76 v + 0,33 v = 1,09 v.

A nosotros nos dio 1,226 v: mucha precisión -tres decimaless- para un polímetro barato y probablemente no muy bien calibrado, pero como se ve en la foto es el dato que hemos obtenido.

En toda pila se producen dos procesos: una reducción y una oxidación simultáneas. Hemos logrado que por el cable exterior circulen los electrones que hemos sacado de la placa metálica y que al mismo tiempo circulen iones a través de las disoluciones.

Con este circuito cerrado logramos sacar los electrones de la materia y hacerlos circular.

Celda electroquímica.

Una celda electroquímica es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas, o bien, de producir reacciones

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