En la tecnología de baterías , una celda de concentración es una forma limitada de celda galvánica que tiene dos medias celdas equivalentes de la misma composición que difieren solo en concentraciones . Se puede calcular el potencial desarrollado por una célula de este tipo utilizando la ecuación de Nernst . [1] Una celda de concentración produce un pequeño voltaje cuando intenta alcanzar el equilibrio químico , lo que ocurre cuando la concentración de reactivo en ambas medias celdas es igual. Debido a que una diferencia de concentración de un orden de magnitud produce menos de 60 milivoltios a temperatura ambiente, las celdas de concentración no se utilizan normalmente para el almacenamiento de energía.
Una celda de concentración genera electricidad a partir de la reducción de la energía libre termodinámica del sistema electroquímico a medida que se reduce la diferencia en las concentraciones químicas en las dos medias celdas. La misma reacción ocurre en las semiceldas pero en direcciones opuestas, aumentando la concentración más baja y disminuyendo la más alta. La energía se genera a partir de energía térmica que la célula absorbe en forma de calor, a medida que fluye la electricidad. Esta generación de electricidad a partir de energía térmica ambiental , sin un gradiente de temperatura , es posible porque la convergencia de las concentraciones químicas en las dos medias celdas aumenta la entropía, y este aumento compensa con creces la disminución de entropía cuando el calor se convierte en energía eléctrica.
Los métodos de análisis químico de celda de concentración comparan una solución de concentración conocida con una desconocida, determinando la concentración de lo desconocido mediante la ecuación de Nernst o tablas de comparación con un grupo de estándares.
La corrosión de la celda de concentración ocurre cuando dos o más áreas de una superficie metálica están en contacto con diferentes concentraciones de la misma solución. Hay dos tipos generales de células de concentración.
Las celdas de concentración pueden ser celdas de concentración de electrodos o celdas de concentración de electrolitos.
Celda de concentración de electrolito : en este tipo de celda, los electrodos de ambas medias celdas están compuestos por las mismas sustancias y el electrolito es la solución de las mismas sustancias pero con diferente concentración.
Celda de concentración de electrodos : en este tipo de celda, dos electrodos de la misma sustancia pero con diferente concentración se sumergen en la misma solución.
Células de concentración de iones metálicos
En presencia de agua , existirá una alta concentración de iones metálicos debajo de las superficies de contacto y existirá una baja concentración de iones de metal adyacente a la hendidura creada por las superficies de contacto. Existirá un potencial eléctrico entre los dos puntos. El área del metal en contacto con la concentración más baja de iones metálicos será catódica y estará protegida, y el área del metal en contacto con la concentración más alta de iones metálicos será anódica y corroída. [ cita requerida ]
Células de concentración de oxígeno
El agua en contacto con la superficie del metal normalmente contendrá oxígeno disuelto . Una celda de oxígeno puede desarrollarse en cualquier punto donde no se permite que el oxígeno del aire se difunda uniformemente en la solución, creando así una diferencia en la concentración de oxígeno entre dos puntos. La corrosión ocurrirá en el área de baja concentración de oxígeno, que son anódicas.
Células activas-pasivas
Si un metal está protegido contra la corrosión por una película pasiva fuertemente adherida (generalmente un óxido ) y depósitos de sal en la superficie en presencia de agua, el metal activo debajo de la película estará expuesto a un ataque corrosivo en las áreas donde se rompe la película pasiva. . Se desarrollará un potencial eléctrico entre el área grande de la película pasiva (cátodo) y el área pequeña del metal activo expuesto (ánodo). Se producirá una rápida formación de picaduras en el metal activo.
Ver también
Referencias
- ^ Casi cualquier libro de texto sobre química física , por ejemplo, de IN Levine o PW Atkins, y también muchostextos de química general .
- Este artículo incorpora material de dominio público del documento de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio : "Corrosión de la celda de concentración" .