En la tecnología de baterías , una celda de concentración es una forma limitada de una celda galvánica que tiene dos semiceldas equivalentes de la misma composición que difieren solo en las concentraciones . Se puede calcular el potencial desarrollado por una celda de este tipo utilizando la ecuación de Nernst . [1] Una celda de concentración produce un pequeño voltaje mientras intenta alcanzar el equilibrio químico , que ocurre cuando la concentración de reactivo en ambas semiceldas es igual. Debido a que una diferencia de concentración de un orden de magnitud produce menos de 60 milivoltios a temperatura ambiente, las celdas de concentración no se utilizan normalmente para el almacenamiento de energía .
Una celda de concentración genera electricidad a partir de la reducción de la energía libre termodinámica del sistema electroquímico a medida que se reduce la diferencia de concentraciones químicas en las dos semiceldas. La misma reacción ocurre en las semiceldas pero en direcciones opuestas, aumentando la concentración más baja y disminuyendo la más alta. La energía se genera a partir de la energía térmica que la celda absorbe en forma de calor, a medida que fluye la electricidad. Esta generación de electricidad a partir de la energía térmica ambiental , sin un gradiente de temperatura , es posible porque la convergencia de las concentraciones químicas en las dos semiceldas aumenta la entropía, y este aumento compensa con creces la disminución de la entropía cuando el calor se convierte en energía eléctrica.
Los métodos de análisis químico de celdas de concentración comparan una solución de concentración conocida con una desconocida, determinando la concentración de la desconocida mediante la ecuación de Nernst o tablas de comparación contra un grupo de estándares.
La corrosión en celdas de concentración se produce cuando dos o más áreas de una superficie metálica están en contacto con diferentes concentraciones de la misma solución. Existen dos tipos generales de celdas de concentración.
Las celdas de concentración pueden ser celdas de concentración de electrodos o celdas de concentración de electrolitos.
Celda de concentración de electrolitos : en esta celda electroquímica particular, los electrodos dentro de ambas semiceldas constan de sustancias idénticas, mientras que el electrolito comprende una solución de la misma sustancia, aunque con concentraciones variables.
Celda de concentración de electrodos : En esta celda electroquímica particular, dos electrodos compuestos de la misma sustancia pero con diferentes concentraciones se sumergen en una solución común.
En presencia de agua , existirá una alta concentración de iones metálicos debajo de las superficies de contacto y una baja concentración de iones metálicos junto a la grieta creada por las superficies de contacto. Existirá un potencial eléctrico entre los dos puntos. El área del metal en contacto con la menor concentración de iones metálicos será catódica y estará protegida, y el área del metal en contacto con la mayor concentración de iones metálicos será anódica y estará corroída. [ cita requerida ]
El agua en contacto con la superficie del metal normalmente contiene oxígeno disuelto . Se puede formar una célula de oxígeno en cualquier punto donde no se permita que el oxígeno del aire se difunda de manera uniforme en la solución, lo que crea una diferencia en la concentración de oxígeno entre dos puntos. La corrosión se producirá en el área de baja concentración de oxígeno, que es anódica.
Si un metal está protegido contra la corrosión por una película pasiva firmemente adherida (normalmente un óxido ) y depósitos de sal en la superficie en presencia de agua, el metal activo debajo de la película quedará expuesto al ataque corrosivo en las zonas donde se rompe la película pasiva. Se desarrollará un potencial eléctrico entre la gran superficie de la película pasiva (cátodo) y la pequeña superficie del metal activo expuesto (ánodo). Como resultado, se producirá una rápida picadura del metal activo.
Este artículo incorpora material de dominio público de Concentration Cell Corrosion. Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio .