Pila galvanica
La pila galvanica (o celda galvanica) también es llamada pila voltaica o pila electroquímica, desde que Alessandro Volta inventó la pila de Volta, la primera batería eléctrica. En el uso común, la palabra 'batería' incluye a una pila galvanica única, pero una batería propiamente dicha consta de varias celdas.

Historia
En 1780, Luigi Galvani descubrió que cuando dos metales diferentes (cobre y zinc, por ejemplo) se ponían en contacto y, a continuación, ambos tocaban diferentes partes de un nervio de un anca de rana, hacían que se contrajesen los músculos de dicha extremidad. Llamó a este fenómeno 'electricidad animal' y sirvió de modelo para el diseño de la primera pila. La pila voltaica inventada por Alessandro Volta en 1800 es similar a la pila galvanica. Estos descubrimientos allanaron el camino para las baterías eléctricas.

Descripción
Una pila galvanica consta de dos semipilas (denominadas también semiceldas o electrodos). En su forma mas simple, cada semipila consta de un metal y una solución de una sal del metal. La solución de la sal contiene un catión del metal y un anión para equilibrar la carga del catión. En esencia, la semipila contiene el metal en dos estados de oxidación, y la reacción química en la semipila es una reacción redox, escrito simbólicamente en el sentido de la reducción como
M n+(especie oxidada) + n e- leftrightarrow M (especie reducida)
En una pila galvanica de un metal es capaz de reducir el catión del otro y por el contrario, el otro catión puede oxidar al primer metal. Las dos semipilas deben estar separadas físicamente de manera que las soluciones no se mezclen. Se utiliza un puente salino o una placa porosa para separar las dos soluciones.
El número de electrones transferidos en ambas direcciones debe ser el mismo, así las dos semipilas se combinan para dar la reacción electroquímica global de la celda. Para dos metales A y B
A n+ + n e- leftrightarrow A
B m+ + m e- leftrightarrow B
m A + n B m+ leftrightarrow n B + m A n+
Esto no es toda la historia ya que los aniones también deben ser transferidos de una semicelda a la otra. Cuando un metal se oxida en una semipila, deben transferirse aniones a la semipila para equilibrar la carga eléctrica del catión producido. Los aniones son liberados de la otra semipila cuando un catión se reduce al estado metalico. Por lo tanto, el puente salino o la membrana porosa sirven tanto para mantener las soluciones separadas como para permitir el flujo de aniones en la dirección opuesta al flujo de electrones en el cable de conexión de los electrodos.
El voltaje de la pila galvanica es la suma de los potenciales de las dos semipilas. Se mide conectandoun voltímetro a los dos electrodos. El voltímetro tiene una resistencia muy alta, por lo que el flujo de corriente es realmente insignificante. Cuando un dispositivo como un motor eléctrico se conecta a los electrodos fluye una corriente eléctrica y las reacciones redox se producen en ambas semipilas. Esto continuara hasta que la concentración de los cationes que se reducen se aproxime a cero.
Para la pila Daniell, representada en la figura, los dos metales son zinc y cobre y las dos sales son los sulfatos del metal correspondiente. El zinc es el metal mas reductor de modo que cuando un dispositivo se conecta a ambos electrodos, la reacción electroquímica es
Zn + Cu2+ rightarrow Zn2+ + Cu
El electrodo de zinc se disuelve y el cobre se deposita en el electrodo de cobre. Por definición, el catodo es el electrodo donde tiene lugar la reducción (ganancia de electrones), por lo que el electrodo de cobre es el catodo. El catodo atrae cationes, que tienen una carga positiva., por lo que el catodo es el electrodo negativo. En este caso el cobre es el catodo y el zinc es el anodo.
Las celdas galvanicas se usan normalmente como fuente de energía eléctrica. Por su propia naturaleza producen corriente. Por ejemplo, una batería de plomo y acido contiene un número de celdas galvanicas. Los dos electrodos son efectivamente plomo y óxido de plomo.La celda Weston se adoptó como un estandar internacional para el voltaje en 1911. El anodo es una amalgama de mercurio (elemento) y cadmio, el catodo esta hecho de mercurio puro, el electrólito es una solución (saturada) de sulfato de cadmio y el despolarizador es una pasta de sulfato de mercurio (I). Cuando la solución de electrólito esta saturada el voltaje de la celda es muy reproducible, de ahí su uso como un estandar.

Voltaje de la pila
El potencial eléctrico estandar de una pila puede determinarse utilizando una tabla de potenciales estandar para los dos semipilas involucradas. La primera etapa es identificar los dos metales que reaccionan en la celda. A continuación se mira el potencial estandar de electrodo,E0, en V, para cada una de las dos semirreacciones. El potencial estandar de la pila es igual al valor de E0 mas positivo menos el valor mas negativo (o menos positivo) del otro E0.
Por ejemplo, en la figura anterior, las soluciones son CuSO4 y ZnSO4. Cada solución contiene una tira del metal correspondiente, y un puente salino o disco poroso que conecta las dos soluciones y que permite que los iones SO42- fluyan libremente entre las soluciones de cobre y zinc. A fin de calcular el potencial estandar de la celda se buscan las semirreacciones del cobre y del zinc y se encuentra:
Cu2+ + 2 e- rightarrow Cu: E0 = + 0.34 VZn2+ + 2 e- rightarrow Zn: E0 = - 0.76 V
Por lo tanto, la reacción global es:
Cu2+ + Zn esta en equilibrio con Cu + Zn2+
El potencial estandar de la reacción es entonces 0,34 V - (-0,76 V) = 1,10 V. La polaridad de la celda se determina como sigue: el zinc metalico es reducido mas fuertemente que el cobre metalico como muestra el hecho de que el potencial estandar de reducción para el zinc sea mas negativo que para el cobre. Así, el zinc metalico cede electrones a los iones Cu2+ y quedan cargados positivamente. La constante de equilibrio,K, para que la celda viene dada por: ln K = frac (nFE ^ 0) (RT) donde F es el Faraday, R es la constante de los gases y T es la temperatura en kelvin. Para la pila Daniell K es aproximadamente igual a 1 ×1037. Así, en el equilibrio, sólo son transferidos unos pocos electrones, los suficientes para causar que los electrodos estén cargados. 5
Los potenciales de semicelda reales deben calcularse mediante el uso de la ecuación de Nernst ya que los solutos raramente estan en sus estados estandar
Esemicelda = E0 - /.lne Q
Donde Q es el cociente de reacción. Esto se simplifica a
Esemicelda = E0 +2,303./.log10 [ M n+]
Donde M n + es la actividad del ion metalico en la solución. El electrodo metalico esta en su estado estandar ya que por definición tieneactividad la unidad. En la practica se utiliza la concentración en lugar de la actividad. El potencial de la celda completa se obtiene al combinar el potencial de las dos semiceldas, por lo que depende de las concentraciones de ambos iones metalicos disueltos.
El valor de 2,303R/F es 0,19845×10-3 V/K, así a 25 °C (298.15 K) el potencial de semiceldad cambiara en 0.05918V / n si la concentración de un ion metalico aumenta o disminuye en un factor de 10.
Esemicelda = E0semicelda + 0 /n.log10.[M n+ ]
Estos calculos estan basados en la hipótesis de que todas las reacciones químicas estan en equilibrio. Cuando fluye una corriente en el circuito, no se alcanzan las condiciones de equilibrio y el potencial de la pila suele reducirse por diversos mecanismos, tales como el desarrollo de la sobretensiones.6 Ademas, dado que las reacciones químicas se producen cuando la pila esta produciendo energía, las concentraciones de los electrólitos cambian y se reduce el voltaje de la celda. La tensión producida por una pila galvanica depende de la temperatura debido a que los potenciales estandar dependen de la temperatura.

Notación de celdas
La celda galvanica, como la que se muestra en la figura, se describen convencionalmente se describe utilizando la siguiente notación
(anodo) Zn(s) | ZnSO4(aq) || CuSO4(aq) | Cu(s) (catodo)
Unanotación alternativa para esta celda podría ser:
Zn(s) | Zn+2(aq) || Cu+2(aq) | Cu(s)
Donde se aplica lo siguiente:
(s) denota sólido.
(aq) significa un medio o acuoso.
La barra vertical, |, denota una interfase.
La doble barra vertical, ||, denota una unión líquida para la que el potencial de unión es cero, tal como un puente salino.7

Corrosión galvanica
La corrosión galvanica es un proceso que degrada los metales electroquímicamente. Esta corrosión ocurre cuando dos metales diferentes se ponen en contacto entre sí en presencia de un electrólito, tal como el agua salada, formando una pila galvanica. También puede formarse una celda si el mismo metal se expone a dos concentraciones diferentes de electrólito. El potencial electroquímico resultante desarrolla entonces una corriente eléctrica que disuelve electrolíticamente el material menos noble.

Electrodo
Un electrodo es una placa de membrana rugosa de metal, un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metalica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una valvula termoiónica), un gas (en una lampara de neón), etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron, que significa ambar y de la que proviene la palabra electricidad; y hodos, que significa camino.