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¿Por qué los electrones no se mueven a través del electrolito (en lugar del circuito) en una célula galvánica?

Estaba aprendiendo sobre las células galvánicas y tenía un problema para entender por qué los electrones no viajan a través de las propias soluciones electrolíticas, sino que prefieren viajar a través de los metales. ¿Pueden viajar los electrones a través de una solución electrolítica?

Imagina una célula galvánica, sin el cableado entre los dos electrodos y en su lugar sólo tenemos el puente de sal. ¿No viajarán los electrones (aunque sea muy desfavorable que ocurra) a través del puente salino y las soluciones? En otros términos, ¿se producirá la transformación de los electrodos?

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Rob Wells Puntos 361

No en el agua. El electrón libre en el agua es realmente desfavorable, por lo que no se puede generar químicamente una concentración significativa de ellos, y casi inmediatamente reduce el agua misma a hidrógeno (pero he oído rumores sobre la generación de electrones solvatados en el agua en un experimento muy especial con una vida media corta)

En líquido $\ce{NH_3}$ Sin embargo, pueden producirse electrones solventes, por lo que la autodescarga de las pilas galvánicas con $\ce{NH_3}$ -puede producirse por el desplazamiento de los electrones a través del electrolito.

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n8whnp Puntos 1176

Estás cuestionando la desconexión intuitiva que provocan la mayoría de los dibujos de las pilas galvánicas, que parecen asumir que la solución electrolítica del puente salino no conduce la electricidad, así que vamos a investigar.

Imagina un Zn/Cu $^{2+}$ celda con electrodos a 5 cm de distancia en una solución de NaCl al 3,5% con un tubo (1 cm $^2$ sección transversal) de la solución como puente salino para equilibrar la carga.

La resistencia eléctrica (R = $\rho$ l/A) de nuestro NaCl 0,05 m x 1 cm $^2$ solución de puente de sal es:

$$\frac{0.2 \ ohms*m}{} * \frac{0.05 \ * m \ (length)}{10^{-4}m^2 \ (cross-section \ area)}= 100 \ ohms$$

Teniendo en cuenta el CEM previsto de 1,1 voltios para esta célula, la corriente prevista ( $I = V/R$ ) a través del puente de sal es: $1.1V/100 \ ohms \ = 0.011 \ amps$

Esta corriente puede ser despreciable en el dibujo de una célula galvánica en comparación con la corriente que atraviesa algún cable o carga de baja resistencia. Sin embargo, esto sería una pila terrible para la mayoría de los propósitos comunes, ya que una pila AA típica (3000 mAh) se agotaría por completo en menos de 2 semanas si realmente se filtrara a este ritmo.

Parece entonces que tu intuición es básicamente correcta... hasta que entiendes lo que los modelos omiten. En los diseños de las pilas alcalinas reales, el cátodo, el electrolito y el ánodo están intercalados muy estrechamente con una superficie muy grande, lo que produce una excelente conductividad a través del electrolito (y, por tanto, una resistencia muy baja). Sin embargo, estas capas están separadas por una membrana que permite el paso de los iones pero tiene una resistencia muy alta a la corriente eléctrica.

Fuentes: https://www.thoughtco.com/table-of-electrical-resistivity-conductivity-608499 (resistencia al agua de mar) https://en.wikipedia.org/wiki/Alkaline_battery (diseño de pilas alcalinas)

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Wael Kharbotli Puntos 1

Los electrones pueden viajar a través de la solución electrolítica, sin embargo los electrones toman el camino con la menor resistencia, la solución tiene una resistencia relativamente más alta en comparación con el circuito exterior. Por lo tanto, el electrón toma el camino del circuito exterior.

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Jake Puntos 126

Los electrones no pueden sobrevivir en estado acuoso. Al ser una partícula subatómica cargada, el electrón tiene que permanecer cerca de los protones que se encuentran en el centro del átomo. Por lo tanto, el electrón puede moverse de un átomo a otro que están estrechamente empaquetados, lo que tenemos en un sólido.

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alif Puntos 559

Tal vez sólo hay que pensar que los electrones hacen autostop a través del electrolito en los átomos relativamente gigantes y móviles que forman los iones en la solución. Si realmente quisieras forzar a esos electrones a viajar por su cuenta a través del electrolito, tendrías que aumentar mucho el voltaje. Se necesitarían miles de voltios para proporcionar a los electrones la energía suficiente para atravesar el electrolito (es decir, la ruptura dieléctrica).

Otra forma de conseguir que la electricidad fluya a través de un electrolito, aunque todavía no fluyan electrones, es imponer una corriente alterna a través de una célula. A una frecuencia lo suficientemente alta (normalmente en el rango de los kHz) la corriente puede provocar un cortocircuito en la capacitancia de cada electrodo. Así es como se suelen realizar las mediciones de conductividad en los líquidos.

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