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Efecto de la Concentracion en la Fem de la Celda

Hasta ahora, la discusión se ha enfocado en las reacciones redox en la que los reactivos y productos están en sus estados estándar, pero a menudo es difícil, y a veces imposible, mantener estas condiciones. No obstante, existe una relación matemática entre la fem de una celda y la concentración de reactivos y productos de una reacción redox en condiciones que no corresponden al estado estándar.

Esta es la Ecuación de Nernst

Deducción de la ecuación de Nerst:

Puesto que G = - nFE y G0 = -nFE0, la ecuación se expresa como:

Dividiendo la ecuación entre -nF, se obtiene:

A 298 K y aplicando el Log en base 10 de Q, nos queda la ecuación tal como la conocemos.

Durante el funcionamiento de la celda electroquímica, los electrones fluyen del ánodo al cátodo, lo que da por resultado la formación de los productos y una disminución en la concentración de los reactivos. Así, aumenta Q, lo cual significa que E disminuye. Finalmente la celda logra el equilibrio. En el equilibrio no hay transferencia neta de electrones, de modo que E = 0 y Q = K, donde K es la constante de equilibrio.

CELDAS DE CONCENTRACIÓN

Como el potencial de electrodo depende de las concentraciones de los iones, es factible construir una celda con dos semiceldas hechas del mismo material, pero que tengan distinta concentración iónica. A este tipo de celda se le conoce como celda de concentración.

Consideremos el caso en que se sumergen electrodos de zinc en dos disoluciones acuosas de sulfato de zinc 0,10 M y 1,0 M. Las dos disoluciones se conectan con un puente salino, y los electrodo se unen con un trozo de alambre. De acuerdo con el principio de Le Chatelier, la tendencia para la reducción:

Zn2+ (ac) + 2 e- Zn (s)

Aumenta con la concentración de los iones Zn2+. Por consiguiente la reducción se llevará a cabo en el compartimento más concentrado y la oxidación se producirá en el lado más diluido. El diagrama de la celda es:

Una célula biológica es comparable con una celda de concentración cuando se necesita calcular su potencial de membrana. Éste es el potencial eléctrico que existe a través de la membrana de distintos tipos de células como, por ejemplo, las células musculares y las células nerviosas. El potencial de membrana es el responsable de la propagación de los impulsos nerviosos y del latido cardiaco. Siempre que haya distintas concentraciones del mismo ion dentro y fuera de una célula se establece un potencial de membrana.