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En la práctica de hoy, vamos a construir una pila Daniell, para ellos vamos a empezar por explicar què son las reacciones redox, cuàl es el fundamento de esta construcción, y què es exactamente la pila Daniell.
Reacción redox:
Se denomina reacción de reducción-oxidación o reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.
Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:
  • El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.
  • El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.
Por lo tanto estamos hablando de dos procesos: la oxidación y reducción:
Oxidación: es una reacción química muy poderosa donde un elemento cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación.
Reducción: es el proceso electroquímico por el cual un átomo o ion gana electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación .

Pila Daniell:
La pila Daniell o celda de Daniell (a veces escrito como celda Daniel), también llamada celda de gravedad o celda de pata de gallo (denominada así por la forma del electrodo de zinc) fue inventada en 1836 por John Frederic Daniell, que era un químico británico y meteorólogo. Esta pila supuso una gran mejora sobre la pila voltaica que fue la primera celda galvánica desarrollada. La fuerza electromotriz, o voltaje o tensión teórica de esta pila es de 1,10 voltios.
Esta pila está formada por dos electrodos y dos electrolitos, los electrodos corresponden a los metales que en este caso son cobre y zinc, y los electrolitos a las disoluciones del sulfato de cobre y de zinc, esto permite conducir la corriente eléctrica.
Las barras de cobre y de zinc están introducidas en sus respectivos sulfatos que se encuentran en recipientes separados. Ambas barras están unidas mediante un conductor eléctrico(cables de cobre). Además, los dos recipientes están unidos por un puente salino que permite que la pila no se polarice por acumulación de cargas de un mismo signo en cada recipiente.
Químicamente ocurre lo siguiente:
El Cu2+ de la disolución, tomará dos electrones para depositarse como Cu sobre la lámina de cobre, lo que provocará que gané peso (se irá engrosando) la concentración de la disolución disminuirá, haciendo que el color azul que depende del complejo que forma el Cu2+, se haga menos intenso, mientras que el zinc de la lámina se oxida al perder 2 electrones, pasando a Zn2+, lo que provocará que la lámina de zinc se vaya gastando. El puente salino evitará de la siguiente forma que la pila se polarice;
expulsando cationes potasio por el recipiente donde se encuentra la disolución de sulfato de zinc y desprendiendo aniones cloro por el lado donde se encuentra la disolución de sulfato de zinc.

La parte donde ocurre la oxidación recibe el nombre de ánodo, mientras que aquella donde se produce la reducción es el cátodo, y se puede recordar por las reglas vocal y consonante, dado que el lugar y el proceso comienzan con ese tipo de letras.

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Estudiar el funcionamiento de una pila Daniell, explicando las reacciones químicas que tienen lugar. Finalmente, intentaremos encender un LED con el potencial de la pila.
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- Vasos de precipitados (x2).
-Tubo en U
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-Voltímetro
Voltimetro.png
-Electrodos de zinc y cobre
cobre_001.pngZn.png
-Disolucion de sulfato de cobre y sulfato de zinc 0,1 M
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-Disolución saturada de cloruro de potasio.
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-Tapón de papel de filtro (x2).
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-Cables cocodrilo (x2).
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-Lija.


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1. Limpiar los electrodos para dejarlos limpios de grasas y óxidos, con la ayuda de una lija, raspando la superficie del electrodo.
2. En un vaso de precipitados se vierte la disolución de sulfato de cobre y en otro vaso la disolución de sulfato de zinc.
3. Introducir el electrodo de zinc en la disolución de sulfato de zinc y conectar el electrodo al voltímetro con un cable cocodrilo (electrodo-cable negro-voltímetro(COM)). Realizar la misma operación con el electro de cobre, introduciéndole en la disolución de sulfato de cobre(electrodo-cable rojo-voltímetro(VmA)).tapon.png
4. Preparación del puente salino: rellenar el tubo en U de una disolución saturada de cloruro de potasio. Después coges papel de filtro,
cortas una tira y la vas enrollando sobre sí misma, apretando fuertemente para sintetizar tapones de papel de filtro. Coloca cada tapón
para tapar el tubo en U, evitando que no queden burbujas en su interior.
5. Sumerge el puente salino, de forma que comunique ambos vasos de precipitados.
6. Poner en marcha el voltímetro, para ello tomaremos la lectura en mV y anotar el potencial: 1088 mV=1,1 V ( esta fuerza electromotriz coincidio en todas las mesas del laboratorio)
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7. Juntar varias pilas e intentar encender un LED(no salió)

led1.png Intento con 2 pilas(2,17V)led.png y con 4(4,34V)


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1. Dibujar esquema del montaje:


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2. ¿ Qué electrodo actuará como cátodo y cuál como ánodo?

El electrodo que actuará como cátodo será el de cobre y como ánodo el de zinc.

3. Reacción que se produce en cada electrodo y reacción global:

En el electrodo de zinc se produce la oxidación y en el cobre la reducción.
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4. Sentido de los electrodos en el circuito externo:


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5. Fuerza electromotriz inicial de la pila (ecuación de Nerst):

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6.¿Qué sucederá si introducimos el electrodo de zinc en la disolución de sulfato de cobre?

El metal, en este caso el zinc reaccionará porque se oxida y el metal combinado (ión metálico) en la sal se reduce. De está forma, al sumergir el trozo de zinc en la disolución de sulfato de cobre, el zinc se recubre de una capa negra.
zinz_+_sulfato_de_cobre.png
Como que la reacción es la misma con cualquier otra sal de zinc, ya que el ión sulfato sólo es el "acompañante" del ión "protagonista" de la reacción, y además estos procesos se realizan en disolución dónde las especies químicas que existen son los iones independientes unos de otros, la anterior ecuación se representa de una forma mas sencilla:
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Capa_negra.png

7.¿Qué sucederá si introducimos el electrodo de cobre en la disolución de sulfato de zinc?

Aquí no se produce la reacción redox, ya que nos encontramos con un proceso no espóntaneo, por lo que el electrodo de cobre no se ve afectado.

8. ¿Cuál es la misión del puente salino?

En un principio, el puente salino no aparecía en la construcción de la pila, fue una incorporación que se hizo mas tarde, cuando se construye la pila separando las dos semirreaciones en dos recipientes diferentes. La función del puente salino es evitar la polarización de la pila. Lo hace aportando cationes y aniones en las disoluciones para mantener la diferencia de cargas y que la reacción continue.

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La información de esta página ha sido obtenida a partir de la guía del profesor, Wikipedia y Pila Daniell
Para entender mejor las preguntas 6 y 7 se recomienda ver la práctica de reacciones redox o pinchar sobre los enlaces que se encuentran en ambas preguntas(haga click sobre las palabras en azul)