Pila voltaikoen eta pila elektrolitikoen arteko konparaketa eztabaidatzen duten galdera-adibideak
Pila voltaikoen eta pila elektrolitikoen arteko konparaketa gai erabakigarria da kimikan, batez ere elektrokimikaren azterketan. Biak erreakzio kimikoetatik elektrizitatea sortzeko edo energia elektrikoa aplikatuz erreakzio kimikoak zuzentzeko erabiltzen diren gailuak dira. Artikulu honek pila voltaikoen eta pila elektrolitikoen arteko funtsezko desberdintasunak azpimarratuko ditu, adibide-arazoen eta eztabaiden bidez. Helburua bi pila mota hauen ulermen sakona eta osoa ematea da.
Pila voltaikoa
Pila voltaikoa, pila galbaniko izenez ere ezaguna, erreakzio kimiko espontaneo batetik korronte elektrikoa sortzen duen pila elektrokimiko mota bat da. Pila voltaiko batean, erredox erreakzio bat gertatzen da, non erredukzioa eta oxidazioa elektrodo desberdinetan gertatzen diren. Hobeto ulertzeko, ikus dezagun pila voltaiko baten adibide bat.
1. galderaren adibidea:
Pila voltaiko baten anodoa zinkez (Zn) egina dago eta katodoa kobrez (Cu). Demagun erredukzio-potentzial estandarren taula bat kontsultatzean ikusten dela Cu²⁺/Cu-ren erredukzio-potentzial estandarra (E°) +0,34 V dela eta Zn²⁺/Zn-rena -0,76 V. Kalkulatu pila voltaiko honen potentzial estandarra (E° pila).
Eztabaida:
Lehenik eta behin, idatzi oxidazio eta erredukzio erreakzio erdi-zelulak.
– Anodoa (Oxidazioa): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
– Katodoa (murrizketa): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
Zelula-potentzial estandarra (E° zelula) katodoaren eta anodoaren erredukzio-potentzialaren arteko aldea kalkulatuz kalkulatzen da.
– E° zelula = E° katodoa – E° anodoa
– E° katodoa = +0,34 V
– E° anodoa = -0,76 V
Beraz, zelula-potentzial estandarra hau da:
\[ E°_{sel} = 0.34 V – (-0.76 V) \]
\[ E°_{zelula} = 0.34 V + 0.76 V \]
E°_{sel} = 1.10V
Beraz, pila voltaiko honen potentzial estandarra 1,10 V da.
Zelula elektrolitikoa
Zelula elektrolitikoek, berriz, energia elektrikoa erabiltzen dute erreakzio kimiko ez-espontaneoak gertatzera behartzeko. Zelula elektrolitiko batean, kanpoko iturri batetik datorren korronte elektrikoa aplikatzen da bere kabuz gertatuko ez litzatekeen erredukzio-erredukzio bat bultzatzeko. Ikus dezagun zelula elektrolitiko baten adibide bat bere propietateak eta funtzionamendu-printzipioak ulertzeko.
2. galderaren adibidea:
Elektrolisi prozesu batean, aluminioa aluminio oxido urtutik (Al₂O₃) ekoizten da. Kalkulatu aluminio mol bat (Al) ekoizteko behar den elektrizitate kantitatea. Demagun Al mol batek hiru elektroi mol behar dituela.
Eztabaida:
Elektrolisiaren ekuazio elektrokimikoaren arabera:
\[ Al^{3+}(aq) + 3e⁻ → Al(s) \]
Jakina da aluminio mol bakoitzeko 3 mol elektroi behar direla. Faradayren legearen arabera, behar den elektrizitate kantitatea (Q) formula hau erabiliz kalkula daiteke:
Q = n ∫F
Non:
– n elektroi mol kopurua da
– F Faradayren konstantea da (96500 C/mol elektroi)
Al mol 1 ekoizteko:
\[ n = 3 \text{ elektroi mol} \]
Beraz, elektrizitate kantitatea (Q):
Q = 3 \cdot 96500 \]
Q = 289500 C
Beraz, aluminio mol 1 ekoizteko, 289500 coulomb elektrizitate behar dira.
Pila voltaikoen eta pila elektrolitikoen arteko konparaketa
Hurrengo taulak pila voltaikoen eta pila elektrolitikoen arteko desberdintasun nagusiak laburbiltzen ditu:
| Alderdiak | Pila voltaikoa | Pila elektrolitikoa |
|—————————–|—————————————|————————————–|
| Energia iturriak | Erreakzio kimikoak | Energia elektrikoa |
| Erreakzio mota | Espontaneoa | Ez-espontaneoa |
| Anodoa (-)/Katodoa (+) | Anodoa (-), Katodoa (+) | Anodoa (+), Katodoa (-) |
| Helburua | Elektrizitatea sortu | Erreakzio kimikoak eragin |
| Aplikazioak | Bateriak, erregai-pilak | Xaflaketa, metal-galdaketa, fintzea |
Energia iturriak:
Pila voltaikoek erreakzio kimiko espontaneoetatik energia elektrikoa sortzen dute, eta zelula elektrolitikoek, berriz, kanpoko iturri bateko energia elektrikoa erabiltzen dute erreakzio ez-espontaneoak gertatzera behartzeko.
Erreakzio mota:
Pila voltaiko batean, erreakzio espontaneo batek elektroiak anodotik katodora kanpoko zirkuitu baten bidez isurtzea eragiten du. Pila elektrolitiko batean, kanpoko korronte elektriko bat erabiltzen da berez gertatuko ez litzatekeen erreakzio bat bultzatzeko.
Anodoa eta katodoa:
Pila voltaiko batean, anodoa elektrodo negatiboa da eta katodoa elektrodo positiboa. Pila elektrolitiko batean, anodoa elektrodo positiboa da eta katodoa elektrodo negatiboa. Hau da ikasleak askotan nahasten dituen desberdintasun nagusietako bat.
Helburua:
Pila voltaiko baten helburu nagusia elektrizitatea sortzea da, eta zelula elektrolitiko bat, berriz, erreakzio kimikoak eragiteko erabiltzen da, hala nola metalen fintzea edo uraren elektrolisia.
Aplikazioa:
Pila voltaikoak normalean baterietan eta erregai-piletan erabiltzen dira, hainbat aplikaziotarako elektrizitatea sortzen dutenak. Pila elektrolitikoak industria-prozesuetan erabiltzen dira, hala nola metalen galdaketan, galvanizazioan eta metalen fintzean.
Ondorioa
Pila voltaikoek zein elektrolitikoek funtsezko zeregina dute gaur egungo teknologian. Pila mota bakoitzak nola funtzionatzen duen eta parametro desberdinak adibide-problemen bidez nola kalkulatu ulertzea funtsezkoa da elektrokimikako kontzeptuak menderatzeko. Goiko eztabaidan, pila voltaiko eta elektrolitikoen arteko oinarrizko desberdintasunak azpimarratu ditugu, besteak beste, haien energia-iturriak, erreakzio motak eta eguneroko bizitzan dituzten aplikazioen adibideak.
Bi zelula mota hauek ondo ulertuta, hobeto prestatuta egongo zara kimika azterketetan lotutako hainbat arazo konpontzeko eta hainbat tresna eta teknologia modernotan aplikatzeko.
