Cuando una corriente eléctrica fluye a través de la materia, a menudo ocurren cambios químicos permanentes. En algunos casos, la energía eléctrica suministrada desde una fuente externa puede provocar una reacción química. Tal proceso se llama electrólisis, y el sistema al que se suministra la electricidad se llama celda electrolítica. También es posible producir un flujo de electricidad como resultado de una reacción química espontánea. Un sistema químico que puede hacer que una corriente fluya de esta manera se denomina celda galvánica o celdavoltaica. Dado que una corriente eléctrica es un flujo de electrones u otras partículas cargadas, no debería sorprender que tanto las celdas electrolíticas como las galvánicas involucrenreacciones redox.
Cuando una corriente eléctrica fluye a través de la materia, a menudo ocurren cambios químicos permanentes. En algunos casos, la energía eléctrica suministrada desde una fuente externa puede provocar una reacción química. Tal proceso se llama electrólisis, y el sistema al que se suministra la electricidad se llama celda electrolítica. Un ejemplo típico de electrólisis es la preparación de laboratorio de hidrógeno y oxígeno haciendo pasar corriente eléctrica a través del agua.
En cualquier celda electroquímica (electrolítica o galvánica) el electrodo en el que se produce la reducción se denomina cátodo. El electrodo cargado negativamente atraerá iones positivos (cationes) hacia él desde la solución. Puede donar algunos de sus electrones sobrantes a tales cationes o a otras especies en el líquido que se está electrolizando. El electrodo positivo, por otro lado, atraerá iones negativos (aniones) hacia sí mismo.
Tres sustancias químicas importantes, NaOH, Cl2, H2, se pueden obtener electrolizando una solución acuosa de NaCl (salmuera). Esto forma la base de la industria cloro-álcali.
El aluminio se oxida fácilmente, por lo que su mineral, Al2O3, es difícil de reducir. De hecho, el agua se reduce en lugar de Al3+ (aq), por lo que la electrólisis debe realizarse en una sal fundida. Incluso esto es difícil porque el punto de fusión de Al2O3 está por encima de 2000°C—una temperatura que es muy difícil de mantener. El primer método exitoso para reducir el Al2O3 es el que todavía se usa en la actualidad.
El cobre sin refinar o “blister” es aproximadamente 99 por ciento puro cuando se obtiene del mineral, pero es deseable aumentarlo a 99.95 por ciento si el cobre se va a usar en el cableado eléctrico. Incluso pequeñas concentraciones de impurezas disminuyen notablemente la conductividad eléctrica del cobre. Un grado tan alto de pureza se puede obtener por refinación electrolítica.
Una importante aplicación industrial de la electrólisis es el chapado de un metal sobre otro. Un ejemplo típico es el parachoques de un automóvil. Esta está hecha de acero y luego chapada con una fina capa de cromo para que sea resistente a la oxidación y al rayado.
Michael Faraday descubrió en 1833 que siempre existe una relación simple entre la cantidad de sustancia producida o consumida en un electrodo durante la electrólisis y la cantidad de carga eléctrica Q que pasa a través de la celda.
n se consume energía eléctrica de una celda electrolítica y se invierte una reacción redox espontánea. Una celda galvánica, por otro lado, produce energía eléctrica como resultado de un proceso redox espontáneo. La característica de transferencia de electrones de tal proceso se hace que ocurra en dos medias celdas separadas. Los electrones liberados durante una semiecuación de oxidación deben fluir a través de un cable u otro circuito externo antes de que puedan ser aceptados en una media ecuación de reducción.
En lugar de dibujar un diagrama completo como las figuras en la sección Celdas Galvánicas, es conveniente especificar una celda galvánica en forma taquigráfica.
El voltaje de una celda en estado no estándar es modificado por las concentraciones relativas de los reactivos y productos. Es decir, la emf celular depende del cociente de reacción, Q. La ecuación de Nernst permite calcular el potencial de una celda galvánica no estándar. Frecuentemente es más útil usar el voltaje medido para detectar la concentración de una de las especies.
