Pila Daniell: funcionamiento, estructura y reacciones redox

Resumen

El documento explica la estructura de la pila Daniell, formada por dos semiceldas de zinc y cobre unidas por un puente salino. Describe las reacciones de oxidación en el ánodo y de reducción en el cátodo, el papel de los iones en el equilibrio eléctrico y la notación simbólica del diagrama de pila. El estudiante aprenderá a interpretar el funcionamiento de una celda galvánica.

Puntos clave

La pila Daniell consta de una semicelda de Zn en ZnSO4 y otra de Cu en CuSO4, unidas por un puente salino de KCl.
En el ánodo de zinc se produce la oxidación: Zn → Zn2+ + 2e-.
En el cátodo de cobre se produce la reducción: Cu2+ + 2e- → Cu.
El puente salino permite la migración de iones para mantener la neutralidad eléctrica de las disoluciones.
La diferencia de potencial entre electrodos se denomina fuerza electromotriz (f.e.m.) de la pila.
En la notación de pila, │ indica cambio de fase, ││ indica puente salino, y el ánodo va a la izquierda.

Ponte a prueba

¿Qué es la Pila Daniell?

Una pila Daniell consta de dos semiceldas. En la semicelda de la izquierda se sumerge una lámina de zinc (electrodo) en una disolución de sulfato de zinc (ZnSO₄), y en la de la derecha se sumerge una lámina de cobre (electrodo) en una disolución de sulfato de cobre (II) (CuSO₄).

Las dos disoluciones se intercomunican con un puente salino relleno con una disolución de cloruro potásico (KCl); este puente salino evita que se acumulen cargas del mismo signo en cada semicelda.

Funcionamiento de la Pila Daniell

Cuando se conectan los dos electrodos de zinc (Zn) y cobre (Cu) con un hilo conductor, comienza a funcionar la pila. En el recipiente de la izquierda, el ánodo, se produce la oxidación del zinc según la siguiente reacción:

Zn → Zn²⁺ + 2e^-

Los electrones cedidos por el zinc circulan por el hilo conductor hasta el cátodo de cobre, donde el ion Cu²⁺ que está en contacto con él los capta y se reduce según la ecuación: Cu²⁺ + 2e^- → Cu.

Equilibrio Eléctrico y el Puente Salino

Para que la disolución sea eléctricamente neutra, según desaparecen los iones Cu²⁺ en el cátodo, los aniones sulfato (SO₄^2-) deben emigrar por el puente salino hacia el ánodo. De hecho, todos los iones negativos presentes (SO₄^2- y el Cl^- del puente salino) emigran hacia el recipiente anódico y los iones positivos presentes (Zn²⁺ y K⁺ del puente salino) emigran hacia el recipiente catódico.

A medida que va transcurriendo la reacción redox, se va disolviendo el electrodo de zinc y, simultáneamente, desaparece el sulfato de cobre (II) al depositarse el cobre en el cátodo. La pila seguirá funcionando hasta que se disuelva todo el electrodo de zinc o se consuma el ion Cu²⁺ del sulfato de cobre (II).

La diferencia de potencial que se establece entre los electrodos de una pila galvánica y que puede medirse con un voltímetro se llama fuerza electromotriz (f.e.m.) de la pila.

Representación Simbólica de una Pila

Las celdas galvánicas se pueden representar simbólicamente con una notación conocida como diagrama de pila, en la que una barra vertical (│) indica un cambio de fase y una doble barra vertical (││) indica un puente salino. A la izquierda del puente salino se sitúa siempre el ánodo de la celda y a la derecha el cátodo. Con esta notación, la pila Daniell se representa como:

Zn (s) │ ZnSO₄ (aq) ││ CuSO₄ (aq) │ Cu (s)

Preguntas frecuentes

¿Qué ocurre en el ánodo de una pila Daniell?

En el ánodo se produce la oxidación del zinc, que pasa a Zn2+ liberando dos electrones. Ese electrodo de zinc se va disolviendo a medida que la pila funciona.

¿Para qué sirve el puente salino en la pila Daniell?

El puente salino, relleno de KCl, evita que se acumulen cargas del mismo signo en cada semicelda. Permite la migración de iones para mantener la electroneutralidad.

¿Cuándo deja de funcionar la pila Daniell?

La pila sigue funcionando hasta que se disuelve todo el electrodo de zinc o se consume el ion Cu2+ de la disolución de sulfato de cobre (II).