Para distinguir entre pilas galvánicas y electrolíticas, es esencial comprender sus diferencias fundamentales en cuanto a conversión de energía, espontaneidad de las reacciones y aplicaciones.Las pilas galvánicas convierten la energía química en energía eléctrica mediante reacciones redox espontáneas, lo que las hace adecuadas para su uso en baterías.En cambio, las células electrolíticas requieren una fuente de energía externa para impulsar reacciones no espontáneas, convirtiendo la energía eléctrica en energía química.Estas células se utilizan habitualmente en procesos como la galvanoplastia y la purificación de metales.Las diferencias clave incluyen la dirección del flujo de energía, la espontaneidad de las reacciones y la polaridad de los electrodos.
Explicación de los puntos clave:
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Conversión y fuente de energía:
- Células galvánicas:Convierten la energía química en energía eléctrica.Obtienen la energía de reacciones redox espontáneas, lo que significa que no necesitan una fuente de energía externa.Estas células son autosuficientes y pueden generar electricidad mientras los reactivos estén disponibles.
- Células electrolíticas:Convierten la energía eléctrica en energía química.Requieren una fuente de energía externa (como una batería o una fuente de CA/CC) para impulsar reacciones no espontáneas.El aporte de energía externa es necesario para forzar que se produzca la reacción.
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Espontaneidad de la reacción:
- Células galvánicas:Las reacciones son espontáneas, lo que significa que se producen de forma natural sin intervención externa.El cambio de energía libre de Gibbs (ΔG) para la reacción es negativo, lo que indica un proceso favorable.
- Células electrolíticas:Las reacciones no son espontáneas y requieren una fuente de energía externa para producirse.El cambio de energía libre de Gibbs (ΔG) es positivo, lo que indica que la reacción no se produciría sin aporte de energía externa.
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Polaridad del electrodo:
- Células galvánicas:El ánodo está cargado negativamente y el cátodo positivamente.Esto se debe a que el ánodo sufre oxidación (pierde electrones), mientras que el cátodo sufre reducción (gana electrones).
- Células electrolíticas:El ánodo está cargado positivamente y el cátodo negativamente.Aquí, la fuente de energía externa impulsa la reacción, haciendo que el ánodo atraiga aniones (iones cargados negativamente) y el cátodo atraiga cationes (iones cargados positivamente).
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Aplicaciones:
- Células galvánicas:Se utiliza principalmente en pilas y fuentes de energía portátiles.Algunos ejemplos son las pilas alcalinas, las pilas de iones de litio y las pilas de combustible.Estas pilas están diseñadas para almacenar y liberar energía eléctrica de forma eficiente.
- Células electrolíticas:Se utilizan en procesos industriales como la galvanoplastia, la purificación de metales (por ejemplo, el refinado de aluminio y cobre) y la electrólisis del agua para producir hidrógeno y oxígeno.Estas pilas son esenciales para los procesos que requieren la descomposición o transformación de sustancias.
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Recargabilidad:
- Células galvánicas:Algunos tipos, como las pilas recargables, pueden recargarse invirtiendo la reacción mediante una fuente de energía externa.Sin embargo, no todas las pilas galvánicas son recargables.
- Células electrolíticas:Normalmente, no son recargables porque están diseñados para descomponer sustancias en lugar de almacenar energía.Su función principal es facilitar las reacciones químicas utilizando energía eléctrica.
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Equilibrio y flujo de corriente:
- Células galvánicas:Funcionan en condiciones de no-equilibrio, produciendo continuamente corriente eléctrica mientras los reactantes estén disponibles.El potencial de la célula disminuye a medida que se consumen los reactivos.
- Células electrolíticas:Funcionan también en condiciones de no equilibrio, pero el flujo de corriente es impulsado por la fuente de alimentación externa.La reacción continúa mientras se aplica la tensión externa.
Comprendiendo estas diferencias clave, se puede identificar fácilmente si una determinada célula electroquímica es galvánica o electrolítica en función de su fuente de energía, la espontaneidad de la reacción, la polaridad del electrodo y la aplicación prevista.
Cuadro sinóptico:
| Aspecto | Células galvánicas | Células electrolíticas |
|---|---|---|
| Conversión de la energía | Energía química → Energía eléctrica | Energía eléctrica → Energía química |
| Espontaneidad de la reacción | Espontánea (ΔG < 0) | No espontáneo (ΔG > 0), requiere alimentación externa |
| Polaridad de los electrodos | Ánodo:Negativo, Cátodo: Positivo | Ánodo:Positivo, Cátodo: Negativo |
| Aplicaciones | Baterías, fuentes de energía portátiles (por ejemplo, alcalinas, de iones de litio) | Galvanoplastia, purificación de metales, electrólisis del agua |
| Recargabilidad | Algunas son recargables (por ejemplo, las pilas recargables) | Normalmente no son recargables |
| Equilibrio y corriente | Funciona en no-equilibrio, la corriente disminuye a medida que se consumen los reactivos | Funciona en condiciones de no equilibrio, la corriente es impulsada por una fuente de energía externa |
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