¿Por qué el cátodo de una pila voltaica se considera un terminal positivo?

Question

Estoy un poco confundido con respecto a por qué el electrodo catódico de una batería voltaica se denota como un terminal positivo. ¿Denota el positivo que tiene una carga positiva?

Esto es lo que (creo) sé que es cierto:

1. El ánodo (donde se produce la oxidación) es una fuente de electrones y el cátodo (donde se produce la reducción) es un sumidero de electrones

2. La carga se mueve en la dirección de las líneas de campo eléctrico

3. La carga neta del sistema de baterías voltaicas es cero

4. las soluciones electrolíticas que bañan el electrodo anódico y el electrodo catódico son eléctricamente neutras

Para que los electrones se muevan del electrodo anódico al catódico, es evidente que hay alguna fuerza que los impulsa. Lo único que se me ocurre que explique mecánicamente esto es que, incluso en un circuito cerrado, hay debe ser algún tipo de acumulación de carga negativa en el electrodo del ánodo (es decir, el ánodo mantiene, aunque sea pequeña, una carga negativa estática).

Dado que las soluciones electrolíticas permanecen eléctricamente neutras (garantizadas por un puente de sal), no veo por qué habría carga positiva en el electrodo catódico. Lo único que podría entender es que el electrodo catódico hace no acumular tanta carga negativa como el electrodo del ánodo. En tal caso, no es que el electrodo catódico esté cargado positivamente... es que está menos cargado negativamente que el electrodo del ánodo. En este caso, los electrones fluirían sin duda hacia el cátodo desde el ánodo.

Sin embargo, para que esto sea cierto, debe darse el caso de que las soluciones electrolíticas lleven realmente una pequeña carga positiva (para contrarrestar las cargas negativas que se mantienen en los electrodos del ánodo y del cátodo)... lo que contradiría declaración 4 . No estoy seguro de cómo conciliar esto...

Así que, en realidad, la razón por la que llamamos al cátodo de una batería voltaica "terminal positivo" es simplemente porque es menos negativo que el ánodo (aunque no conserve realmente una carga positiva neta).

¿Es esto correcto?

Answer 1

Habrá una ligera carga positiva en el cátodo. En una célula galvánica, podemos dividir lo que ocurre en dos medias reacciones entre la especie oxidada más un electrón y la especie reducida. Cada una de ellas es un proceso de equilibrio, en el que encontramos algunas especies oxidadas y otras reducidas. En una célula galvánica de zinc/cobre, verás $Zn$ y $Zn^{2+}$ y también $Cu$ y $Cu^{2+}$ . Las concentraciones se basarán en la electronegatividad del cobre y del zinc.

En cuanto al número real de electrones frente a los metales con carga positiva, ese equilibrio lo decide la electrostática. Si la pila es electrostáticamente neutra, por definición si hay una región con demasiados electrones, debe haber una región con muy pocos (demasiados huecos). Sin embargo, esto es una increíblemente una pequeña diferencia. Al arrancar un trozo de cinta adhesiva se modifica el número total de electrones en lejos más. Mientras que una célula galvánica puede producir 2V, al arrancar la cinta adhesiva se puede aplicar fácilmente una carga estática de cientos de voltios.

Lo que realmente importa es la diferencia. Que haya agujeros o electrones en realidad sólo depende de la carga electrostática precisa en ese momento. Mientras haya una diferencia, la corriente puede fluir.