Pilas galvánicas y potenciales

a) Cátodo de plata, ánodo de cobre.

Comparando los potenciales normales de reducción:$$E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = 0{,}80\ \text{V} \;>\; E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}34\ \text{V}$$El par de la plata, con mayor potencial, tiene más tendencia a captar electrones, así que es el que se reduce:$$\text{Cátodo (reducción, polo positivo):}\quad \text{Ag}^+ + 1e^- \longrightarrow \text{Ag}(s) \qquad (\times 2)$$$$\text{Ánodo (oxidación, polo negativo):}\quad \text{Cu}(s) \longrightarrow \text{Cu}^{2+} + 2e^-$$$$\text{Reacción global:}\quad \text{Cu}(s) + 2\,\text{Ag}^+(ac) \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(ac) + 2\,\text{Ag}(s)$$El electrodo de cobre se va disolviendo (pierde masa) y sobre el de plata se deposita más plata (gana masa).

b) Notación y sentido de los electrones.

Por convenio, el ánodo va a la izquierda y el cátodo a la derecha:$$\text{Cu}(s)\;|\;\text{Cu}^{2+}(1\ \text{M})\;\|\;\text{Ag}^+(1\ \text{M})\;|\;\text{Ag}(s)$$(La barra simple marca un cambio de fase y la doble, el puente salino.)

Los electrones se producen en la oxidación del cobre y se consumen en la reducción de la plata, así que por el hilo externo circulan$$\textbf{del ánodo (Cu) al cátodo (Ag)}$$es decir, del polo negativo al positivo. Dentro de la celda, el circuito lo cierra el puente salino: sus aniones migran hacia la semicelda del cobre y sus cationes hacia la de la plata, manteniendo la neutralidad eléctrica.

c) Potencial estándar de la pila.$$E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 0{,}80 - 0{,}34 = \mathbf{+0{,}46\ V}$$Al ser positivo, el proceso es espontáneo:$$\Delta G^\circ = -n\,F\,E^\circ = -2\cdot 96500\cdot 0{,}46 = -8{,}88\cdot 10^{4}\ \text{J} = -88{,}8\ \text{kJ}$$