Serie electromotriz

 En 1780 el italiano Luis Galvani,  realizó un experimento en los músculos de las ancas de una rana recién muerta, observando que éstos se contraían y pataleaban al tocarlos con las barras de metal de distintos tipos.  Alejandro Volta (de 24 años) poco tiempo después descubrió que la causa de la contracción muscular en las ancas de la rana se percibía con el paso de una corriente eléctrica producida por dos metales distintos; además investigó la forma de producir electricidad químicamente y en 1800, después de una amplia experimentación, inventó el dispositivo que se conoce actualmente como pila voltaica.  En el colocó una serie de pequeñas placas de plata y zinc, una arriba de la otra, separándolas con una tela humedecida de agua salada; produciendo de esta manera una corriente eléctrica, originando la primera pila eléctrica.  Luego la perfeccionó reemplazando las placas por los elementos cobre y zinc, sumergidos en una solución de ácido sulfúrico contenida en un recipiente.

En su diario Galvani menciona: "... Preparé una rana con una porción de la médula espinal separada del canal vertebral, dejando únicamente los nervios crurales conectados a las extremidades posteriores.  La preparación fue colocada sobre un cuadrado de vidrio. Con un conductor uní la médula espinal a una máquina electrostática y con otro conductor uní la máquina a la parte aislada de otro cuadrado de vidrio.  Después gire la máquina electrostática y levanté, con un aislante, el conductor que iba a la médula espinal y lo apliqué a la parte inferior del vidrio que tenía la cubierta aislante, a la vez que el otro lado del arco tocaba la médula espinal.  Ello produjo numerosas contracciones musculares...".

Galvani llegó a la correcta conclusión de que la contracción de los músculos era debida los estímulos eléctricos y supuso que la corriente se originaba en los tejidos del animal como una especie de fluido.  Pero Volta demostró que el origen de la electrificación estaba en el contacto de los dos metales distintos, cobre y hierro, que se realizaba a través del músculo húmedo de la rana.  De acuerdo con esto Volta amplió el efecto del contacto. 

 Han pasado al derredor de 230 años desde aquellos días en que Volta y Galvani estaban enfrascados en una controversia en la que cada uno utilizaba los mismos hechos como apoyo a sus respectivas hipótesis.  Uno veía a la rana como fisiólogo y explicaba sus observaciones postulando la existencia de electricidad animal.  Para el otro, todo era un problema de física y consideraba a la rana como un simple electrómetro que servía para detectar la electricidad generada por los metales en contacto.  Los dos tenían razón por cuanto a los mecanismos involucrados en la generación de la electricidad, pero ambos estaban equivocados al suponer que estos dos mecanismos eran mutuamente excluyentes.

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la  energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica

Cuando metales distintos están separados por un electrolito o una capa delgada de un gas, capaces de actuar sobre ellos, se establece entre dichos metales una diferencia de potencial. Los diversos metales pueden ordenarse en una serie, en la cual cada uno de ellos sea más electropositivo que los que le siguen.

     La serie electromotriz puede explicar cuantitativamente,  la tendencia y el porqué de una adherencia de cobre metálico sobre un clavo de acero cuando se sumerge el clavo en una solución de sulfato de cobre.  En este caso la fase noble la constituye el cobre que se encuentra en disolución y la activa o base el clavo de acero.  La serie nos indica que existe una diferencia de potencial, bajo condiciones estándar, entre el cobre y el hierro de 0.78 volts, siendo el hierro el metal con mayor tendencia a ionizarse.  De esta manera el cobre que está en solución como iones cobre, tomará los electrones liberados al formarse los iones hierro y pasará a depositarse como metal sobre el clavo.  Es decir, una vez más, fue la presencia de un par galvánico.

     EMPLEO DE LA SERIE ELECTROMOTRIZ

    Esta serie puede utilizarse en muchas  formas.

1. Determinación de la espontaneidad de las reacciones redox.

2. Completar y balancear las ecuaciones de reacción de sustitución sencilla

y clasificar el tipo de reacción. 

3. Cálculo de potenciales que se pueden obtener por la combinación adecuada de dos semireacciones.

Al explicar la fuerza electromotriz (FEM), se debe saber que:

Para poder suministrar corriente eléctrica, es necesaria la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos que sea capaz de bombear o  impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

 Una diferencia de potencia se puede usar para suministrar energía, y con ello sostener una corriente, en un circuito externo se llama fuerza electromotriz, (FEM) término acuñado por Volta  aunque se trata de una palabra equivocada, ya que no es una fuerza. 

 Prácticamente, la FEM es el voltaje medio entre las terminales de la fuente cuando No se toma corriente de ella ni se le entrega corriente. Es decir, la FEM es una acción no electrostática sobre las cargas en los conductores que da lugar a una separación de las cargas y que las hace permanecer separadas, siendo una magnitud que cuantifica una transferencia de energía ( de la pila a las cargas del circuito) asociada a un campo no conservativo y se mide en voltios. 

Como fuente de fuerza electromotriz se entiende cualquier dispositivo capaz de suministrar energía eléctrica dinámica, ya sea utilizando medios químicos, como las baterías, o electromecánicos, como ocurre con los generadores de corriente eléctrica

  

El Potencial Estándard de Reducción es la espontaneidad, o la tendencia a que sucedan reacciones redox entre dos especies químicas. Una reacción redox se puede suponer que es la suma de dos semirreacciones.  La celda voltaica al funcionar genera cierto voltaje. Su valor se determina al restar el potencial del ánodo del potencial del cátodo.  Así, el potencial de la pila (Eº) estará dado por la diferencia de los dos potenciales de electrodo:

Eº pila =  Eº reducción - Eº oxidación  o lo que es lo mismo.

FEM = Eº Celda = Eº cátodo - Eº ánodo

Es necesario aclarar que el “potencial de electrodo” es la carga electrostática que tiene un electrodo, y el “potencial de reducción” es la carga electrostática que tiene un electrodo asociado a una reacción de reducción. Se que produce por la reacción de la celda que no está en equilibrio.

La información contenida en esta serie electromotriz, representa simplemente la tendencia termodinámica (el potencial) de los varios sistemas ahí en lista destinados a corroerse. Cuanto más negativo sea el valor de potencial E°_H mayor será la tendencia a la corrosión.

 

Potenciales estándar (reducción) en solución acuosa a 25 ^oC.

 

 

Potenciales estándar (reducción) en solución acuosa a 25 ^oC.