Pilas galvánicas y potenciales

a) Semirreacciones y reacción global.

• Ánodo (oxidación, polo $-$): el zinc metálico pierde dos electrones y pasa a la disolución.

$$\text{Zn}(s) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(ac) + 2\,e^-$$

• Cátodo (reducción, polo $+$): los iones cobre(II) de la disolución captan esos electrones.

$$\text{Cu}^{2+}(ac) + 2\,e^- \longrightarrow \text{Cu}(s)$$Los electrones intercambiados ya coinciden (dos en cada una), así que basta con sumar:$$\text{Zn}(s) + \text{Cu}^{2+}(ac) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(ac) + \text{Cu}(s)$$La fuerza electromotriz estándar confirma que es espontánea:$$E^0_{\text{pila}} = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}} = 0{,}34 - (-0{,}76) = 1{,}10\ \text{V} > 0$$b) Notación de la pila y puente salino.

Por convenio se escribe el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha; una barra simple separa fases y la doble barra representa el puente salino:$$\text{Zn}(s)\,|\,\text{Zn}^{2+}(ac,\ 1\ \text{M})\,\|\,\text{Cu}^{2+}(ac,\ 1\ \text{M})\,|\,\text{Cu}(s)$$(También vale escribir las sales: $\text{Zn}(s)\,|\,\text{Zn(NO}_3)_2(ac,\ 1\ \text{M})\,\|\,\text{Cu(NO}_3)_2(ac,\ 1\ \text{M})\,|\,\text{Cu}(s)$.)

El puente salino (un tubo con una disolución de un electrolito inerte, como $\text{KNO}_3$ o $\text{KCl}$) sirve para:

• cerrar el circuito eléctrico por el interior de la pila, permitiendo el paso de iones entre los dos compartimentos sin que se mezclen las disoluciones;
• mantener la neutralidad eléctrica de cada disolución: en el ánodo se acumulan cationes $\text{Zn}^{2+}$ y hacia allí migran los aniones del puente; en el cátodo desaparecen cationes $\text{Cu}^{2+}$ y hacia allí migran los cationes del puente.

Sin puente salino las disoluciones se cargarían enseguida y la corriente se detendría.

c) Sentido de la corriente en el conductor.

Por el hilo conductor exterior los electrones circulan del ánodo (Zn, polo $-$) al cátodo (Cu, polo $+$): salen del zinc, que los libera al oxidarse, y llegan al cobre, donde los captan los $\text{Cu}^{2+}$.

La corriente eléctrica convencional se define en sentido contrario al de los electrones, es decir, del cátodo al ánodo (del electrodo de cobre al de zinc) por el conductor exterior.

d) Electrodo en el que se deposita cobre.

El cobre se deposita en el cátodo, el electrodo de cobre, porque es donde se reduce el $\text{Cu}^{2+}$ a $\text{Cu}(s)$. A medida que funciona la pila, la lámina de cobre gana masa y la de zinc la pierde.