Semicelda
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).
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.
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).
Para no tener que realizar dibujos, los químicos utilizan una notación abreviada para describir las semiceldas electroquímicas.
Por ejemplo, una semicelda formada por un electrodo de cobre metálico introducido en una disolución de sulfato de cobre(II) (CuSO4) se representa como Cu | Cu2+, si es el cobre el que se reduce y corresponde a la reacción:
Por convención, sólo se indican las especies químicas que afectan al proceso electroquímico, por lo que en este ejemplo, no aparece el ion SO42- .
En este sentido, el electrodo estándar de hidrógeno (EEH) ha sido utilizado en todo el mundo durante muchos años y por convenio internacional se le asigna el potencial 0,000 V.
Esta semicelda de referencia obedece a la reacción de reducción y expresada en la notación simplificada sería: Pt, H2 (p=1.00 atm) | H+ (1 M) Conectada de forma adecuada a otras semiceldas, con ayuda de un voltímetro, puede determinarse el potencial de otras semiceldas, que siempre serían potenciales relativos.
Se obtienen así, series electroquímicas de potenciales estándar de reducción, que se encuentra tabuladas y que permiten predecir el sentido de las reacciones electroquímicas.
La doble barra vertical indica separación entre las dos semiceldas.
Esta separación puede ser un puente salino, una membrana porosa o cualquier otro dispositivo que permita el paso de iones para compensar las diferencias de cargas entre las dos semiceldas.
Una vez conocidos los potenciales de semicelda, es posible determinar cual sería la diferencia de potencial entre las dos semiceldas que conforman una celda galvánica o pila.
Si con ambas semiceldas conformamos la celda voltaica Cu | Cu2+ (1 M) || Zn2+ (1 M) | Zn y siguiendo la convención internacional (IUPAC) de que
