Semicelda

Una semi-celda es una estructura que contiene un electrodo y un electrolito conductor que lo rodea en la que tiene lugar un proceso de oxidación química o de reducción. Por definición, si en la semicelda se produce la reducción, la semicelda recibe el nombre de semicelda catódica, mientras que la la semicelda donde se produce la reacción de oxidación, recibe el nombre de semicelda anódica. La combinación de una semicelda catódica con una anódica conforman un celda galvánica o celda voltaica, capaz de producir energía eléctrica y que también recibe el nombre de pila electroquímica o de batería^[1]​.

El electrodo sumergido en la disolución de electrólito. Ambos conforman un sistema heterogéneo formado por un sólido (el electrodo) y la disolución líquida (el electrólito). En consecuencia, la reacción de oxidación o de reducción solo puede tener lugar en la superficie del electrodo, que es donde se produce el intercambio de electrones. Este intercambio se produce con la capa de disolución inmediatamente adyacente al electrodo. Por tanto, como resultado de los cambios químicos y físicos que ocurren en la interfase electrodo-solución, la disolución se estructura, de forma natural en un sistema de doble capa eléctrica con una composición muy distinta a la del conjunto de la disolución considerada en su totalidad. Las reacciones químicas que se producen dentro de esta capa, hace que se establezca una diferencia de potencial momentáneo entre el electrodo y el electrolito contenido en la doble capa.

En una reacción típica de ánodo (oxidación), un átomo del metal del electrodo, se oxida y pasa a la disolución, transportado como un ion positivo a través de la capa doble, haciendo que el electrolito adquiriera una carga neta positiva. En consecuencia, el electrodo adquiere una carga negativa neta por lo que la creciente diferencia de potencial crea un intenso campo eléctrico dentro de la capa doble y el potencial aumenta de valor hasta que el campo detiene las reacciones de carga de bombeo netas. Esta acción autolimitante, se produce casi instantáneamente cuando la semicelda se encuentra aislada, sin conexión con la otra semicelda. En la semicelda de reducción, el proceso es el inverso, un ion del electrolito toma un electrón del electrodo, reduciéndose al estado metálico y quedando depositado en la superficie del electrodo, por lo que, momentáneamente se produce un defecto de cargas positivas en la disolución. Si ambas semiceldas se conectan adecuadamente para compensar los defectos y excesos de carga de las respectivas semiceldas (por ejemplo, mediante un puente salino), se obtiene una pila o celda galvánica.

Una semi-celda estándar utilizada en electroquímica, consta de un electrodo metálico parcialmente sumergido en una solución acuosa de concentración molar (1 mol / L) de una sal soluble del metal, a 298 Kelvin (25 °C). La serie electroquímica, que consiste en potenciales de electrodo estándar y está estrechamente relacionado con la serie de reactividad, se generó mediante la medición de la diferencia de potencial entre la semi-celda metal en un circuito con una semi-celda estándar de hidrógeno, conectadas por un puente de sal.

La semi-celda de hidrógeno estándar:

${\displaystyle {\ce {2H+(aq) + 2e- <=> H2(g)}}}$

Las semi-celdas de una celda de Daniell:

La semi-célula de oxidación (ánodo) de Zn:

${\displaystyle {\ce {Zn <=> Zn^2+ + 2e-}}}$

La semi-célula de reducción (cátodo) de Cu:

${\displaystyle {\ce {Cu^2+ + 2e- <=> Cu}}}$

La suma de ambas reacciones da como resultado la reacción electroquímica que se produce en el conjunto de la pila

${\displaystyle {\ce {Zn + Cu^2+ <=> Zn^2+ + Cu}}}$

• Esta obra contiene una traducción derivada de «Half-cell» de Wikipedia en inglés, publicada por sus editores bajo la Licencia de documentación libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 4.0 Internacional.