otras evidencias2-Juan Francisco Fernández Rubio
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Vamos a ver las pilas. Una pila sirve para obtener electricidad a partir de una reacción Re2 que ocurre cuando yo junto dos especies, pero que ocurre espontáneamente.
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Luego después, habrá otra parte del tema, que haremos reacciones que no ocurrirían normalmente, pero que forzándolas sí pueden ocurrir.
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que esa sería la parte de electrolisis, hacer una reacción química que no se produce espontáneamente.
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En este caso va a ser una reacción que si yo pongo dos sustancias, estas sustancias se producen.
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¿Qué ocurre? Si yo esas dos sustancias las tengo en un recipiente,
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pues la sustancia que suelta los electrones directamente se la da al que los recibe.
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Entonces la idea de la pila es separar esas dos sustancias en dos recipientes.
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vamos a llamarlo como dos semiceldas, y los vamos a unir con un cable, con un hilo metálico
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que deje pasar los electrones. De esta manera yo tendré el oxidante y el reductor en recipientes
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distintos, pero va a haber un flujo de electrones. El flujo de electrones va a ser de la especie
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que suelte esos electrones, es decir, de la oxidación a la reducción. Entonces, nosotros
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vamos a poner la oxidación a la izquierda, de manera que el flujo de electrones saldría
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de este electrodo. Vendría por aquí todos estos electrones. Pues la oxidación en una
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pila le corresponde el ánodo. El ánodo es la oxidación, que es la suelta de electrones,
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Pues en el otro lado tendré que tener la reducción, que es donde estará el oxidante, y este lado es el cátodo.
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La reducción tendré el cátodo. Así que todas las pilas tienen un ánodo y tienen un cátodo, y se le asigna un signo a las pilas.
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Como todos conocéis, tenemos un menos y tenemos un más. El menos es para el ánodo.
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que es donde se producen esos electrones, y el cátodo se le da el signo positivo en las pilas.
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Bien, para que esto funcione, no se nos tiene que olvidar que tiene que haber una conexión entre las dos semiceldas
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a través de algo que se llama puente salino, donde se coloca una sal que se disuelve completamente en agua
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para que se mantenga la neutralidad de las disoluciones.
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Ahora explico por qué no se mantiene esa neutralidad.
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Si no se mantiene la neutralidad es porque se forman unos iones que antes no estaban.
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Pensad que tiene que ocurrir una reacción redox.
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Vamos al caso concreto de una pila que es la pila Daniel.
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Ahora mismo no sé si con dos Ls, no sé si lo he escrito bien.
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Bueno, luego lo miramos bien si está escrito o no.
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Esta pila está formada por zinc y por cobre.
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En este caso, el zinc es el que actúa como ánodo y suelta dos electrones.
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Recordad, el ánodo es la oxidación.
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Sería la semirreacción de oxidación, perdón, los electrones a la derecha.
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Y el cobre, más que el cobre, los iones disueltos de cobre más 2,
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son los encargados de coger esos dos electrones para transformarse en cobre metálico.
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Y esta sería una semirreacción que, como veis, es de coger electrones.
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Así que es una reducción.
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Y la reducción es el cátodo.
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Cátodo y la oxidación, el ánodo.
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Recordad, el ánodo se pone a la izquierda, el cátodo a la derecha.
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Ánodo negativo, cátodo positivo.
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Si sumamos estas dos semirreacciones, no tiene por qué coincidir el número de electrones.
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Recordad, ya hemos hecho ajustes de reacciones.
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Si no fuesen dos electrones y dos electrones, pues tendría que multiplicar una de las dos ecuaciones, o las dos,
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para que los electrones al final se me vayan.
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Tiene que haber el mismo número de electrones a la izquierda y a la derecha de la semirreacción.
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Como haremos muchos ejemplos, lo vais a ir viendo.
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aquí me quedaría, pues que el zinc reacciona con el cobre más 2
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y estarían esos dos electrones ahí de ganancia para el cobre más 2
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y luego tendríamos zinc más 2, más dos electrones y más el cobre
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quito los dos electrones
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y esa es la reacción global que ocurre
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¿qué está pasando si veis?
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porque yo tengo un electrón donde está el zinc
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el electrodo de la izquierda es el del zinc
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lo escribo aquí justo en la pieza metálica
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zinc, tengo zinc tal cual
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os lo pongo en otro color para que veáis
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siempre que veáis zinc sin carga
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como veis aquí, es un metal
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y ese zinc si pasa a estar con una carga
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significa que ya no va a estar en forma de metal
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sino que va a estar disuelto
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un ión está disuelto en una disolución
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está disuelto en agua
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vamos a tener una concentración de determinada molaridad
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y en el otro caso yo tengo un cobre metálico que se me está formando
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se me está formando un metal
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y ese metal se forma a partir de unos iones que estaban disueltos en el agua
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que tendrán que ser de cobre evidentemente
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podrían ser de cobre más uno, de cobre más dos
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en este caso la pila Daniel son de cobre más dos
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¿por qué? porque en ambos recipientes
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Aquí en este recipiente yo tengo una disolución que me han dado de sulfato de cobre, que yo he echado antes de empezar la disolución.
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En ese semicelda no hay agua sola, hay agua mezclada con el sulfato de cobre y suele ser en concentración 1 molar.
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Y en la otra disolución, pues yo tendré una disolución igualmente 1 molar, en este caso por desulfato de zinc.
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Por último, ¿cómo se están formando iones en esta disolución?
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Si veis, en esta disolución de la izquierda se forman iones positivos, Zn más 2.
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Aunque hay iones SO4 menos 2, al disolverse, cada vez hay más carga positiva.
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Entonces, este puente salino lo que hace es evitar que haya esa descompensación.
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y los iones negativos del cloro menos vendrían para neutralizar ese exceso de carga positiva.
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Lo contrario pasa en la celda de la derecha.
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En la celda de la derecha está desapareciendo carga positiva porque se está transformando en cobre metálico.
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Entonces quedarán muchos SO4-2.
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De ahí que tendrán que venir iones positivos, que en este caso son los potasio más, para que eso no se descompense.
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Hasta este nivel no creo que tengáis que explicarlo, este flujo de cargas o de iones, mejor dicho, del puente salino.
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Sí que tenéis que representar seguramente el esquema de la pila, como lo he puesto yo,
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indicando oxidación, reducción, ánodo, cátodo, el signo de las pilas.
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Y poniendo los electrodos cuáles son y las semirreacciones que ocurren.
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Hasta aquí os podrían pedir de lo que os he explicado.
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Ahora vamos a ver que también nos pueden pedir una representación de esa pila.
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Para saber si una pila funciona, pues tenemos que fijarnos en lo que se llaman potenciales estándar de cada electrodo.
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Os explico.
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Si veis aquí abajo hay una tabla bastante grande, la verdad es que el libro aquí la ha puesto bastante grande, de potenciales estándar de reducción.
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Resulta, todos estos potenciales que veis están para especies que estarían cogiendo electrones.
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Están como las especies oxidantes que cogen electrones y se formarían a otra especie.
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entonces son potenciales que nosotros podemos decir que son potenciales siempre de reducción
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evidentemente en una pila habrá potenciales de reducción y potenciales de oxidación
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una tendrá que ser reducción y otra oxidación
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pero la tabla siempre nos da potenciales de cómo se comportarían estas especies
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si estuviesen en el cátodo
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recordad que os dije, es muy importante identificar el cátodo
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¿Por qué? Porque la reducción va a ocurrir en el cátodo.
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Bueno, sigo. ¿Qué es lo que se ha hecho?
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Lo que se ha hecho es coger un electrodo estándar, un estándar de referencia,
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y se le da el valor, como en casi muchas cosas que se han hecho en química y en física,
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se le da el valor de referencia, que lo estoy señalando aquí, de 0 voltios.
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Hay un electrodo, que veis ahí de reducción, que sería que 2H+, cogiendo dos electrones, liberarían hidrógeno haciendo burbujear hidrógeno como gaseoso.
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Pues si yo tengo ese electrodo, ese electrodo se considera que es 0 voltios.
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Y a partir de ahí, lo que se ha hecho es una pila con todas las demás sustancias que veis en la tabla.
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Se coge cualquier sustancia y se le pone junto al hidrógeno.
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y al ponerle junto al hidrógeno miden el potencial de reducción
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y a partir de ahí pues si vemos y dices pues el flúor
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pues el flúor si yo le pongo en un electrodo
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pues resulta que tiene un potencial de 2,866 voltios positivo
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significa que tiene mucha tendencia el flúor a reducirse
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así que tiene muchísima tendencia a actuar como cátodo
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si yo le junto ese flúor y me voy con una disolución por ejemplo de plata más
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resulta que la plata más también tiene mucha tendencia a coger un electrón y transformarse en plata cero
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tiene mucha tendencia a hacer reducción pero tiene mucha más tendencia al flúor
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así que si yo junto esos dos el que va a actuar como cátodo como reducción va a ser el que tenga el potencial más positivo
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Entonces, vamos ya diciendo cosas. El que tenga un potencial estándar de electrodo más alto, podrían ser dos negativos, pero bueno, el más alto, el valor más alto, es el que vamos a poner como cátodo.
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es que va a tener más tendencia a actuar como tal, a actuar como reducción
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así que si yo juntase esas dos flechas que os he puesto, el flúor y la plata más
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en este caso lo que va a ocurrir con la plata es la reacción contraria a la que viene aquí escrita
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en vez de la plata más con el electrón pasar a plata cero
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será la plata cero la que pasa a plata más soltando un electrón
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es decir que se comportaría en vez de como cátodo
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este de aquí abajo al tener el potencial más pequeño actuaría como ánodo
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frente al otro. De manera, a mí me van a dar en los ejercicios las especies con sus
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potenciales. Repito, los que tengan un potencial más alto, más positivo, más alto, son los
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que actuarían como cátodo y los que tengan potencial más bajo tendrían más tendencia
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a actuar como ánodo. Un ejemplo, podemos tener hasta potenciales negativos. Eso significa
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Que si yo me voy al litio más, este que veis aquí, como tendencia a actuar como cátodo es muy pequeña.
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Así que va a actuar como ánodo, sí o sí, cuando yo le junte con cualquier otra especie de la tabla.
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Más abajo aquí en vuestro libro, pues nos dice eso.
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Que el sentido que viene dado siempre es el sentido de reducción.
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Que en el lado izquierdo, pues siempre va a estar el oxidante.
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Que coge los electrones y se transforma en el reductor.
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¿Cómo se representa?
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Pues se suele representar poniendo entre paréntesis y separado por una barra
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las dos especies que ocurren.
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Siempre el oxidante a la izquierda.
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En este caso sodio más, pues sodio.
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Si yo me fuese a la tabla y me vengo a cualquier otro,
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pues si me vengo aquí, tendría que poner potencial del aluminio más 3, aluminio.
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Pero esos son datos y eso lo van a dar de datos.
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No tenéis por qué saber a qué cambia, a qué valencia cambia.
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Lo que nos dice luego es que si uno de estos sustancias actúa como ánodo,
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al actuar como ánodo lo tendríamos que poner en el sentido contrario.
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Si veis, lo pondríamos en el sentido de la oxidación.
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Pues en este caso lo que ocurriría con el potencial es que sería el contrario que el que me viene en la tabla.
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Tendría el signo contrario.
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En vez de tener el signo que me pone en la tabla, si actúa al revés, pues cambia el signo del potencial.
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¿Lo vais a tener que hacer vosotros? Pues no.
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Porque realmente vamos a ver una fórmula de cómo calcular el potencial que va a tener una pila.
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Que lo enseño enseguida.
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Aquí viene.
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¿Cómo calcular el potencial de una pila?
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Saber cuántos voltios me da una pila.
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Vamos a ver, a lo mejor lo tendréis así más.
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Vosotros conocéis, pues yo tengo una pila de voltio y medio, que es la normal.
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Pues una pila de más voltios, de 6 voltios.
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¿Cómo se calcula ese potencial de la pila?
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Pues lo que es, es la diferencia de potencial de los dos electrodos.
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¿Cómo se calcula?
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Se calcula restando el potencial del cátodo, del que actúa como cátodo.
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¿Veis la importancia del cátodo?
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que recordar es la reducción
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menos la potencial
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del ánodo
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no se ha dicho nada de estos potenciales
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pero realmente los potenciales es como una fuerza
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electromotriz, recordad de física
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son voltios, se miden en voltios
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aquí nos dice, en el caso de la pila Daniel
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nosotros
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tenemos el zinc, recordad
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y el cobre
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si me dicen
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los potenciales o los vemos en la
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En la tabla tenemos el 0,34 y menos 0,763.
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Ese, como es el valor más bajito, es el que va a actuar, en este caso, como ánodo.
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Tendría que cambiarle el signo, pero es que ya la fórmula, como me dice que le cambie el signo,
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al poner, al restarle el potencial del ánodo, ya me le cambia el signo de ese dato que me dan.
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Así que yo no le cambio, simplemente este menos ya me le va a cambiar el signo.
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Y el resultado que voy a tener son los voltios que me da esa pila.
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¿Cómo saber si funciona o no?
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Pues bien, tengo dos opciones.
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Que el potencial final me dé mayor que cero o no.
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Si me da mayor que cero, esa pila funciona.
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Es espontánea.
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si me diese negativo
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es porque yo lo he escrito mal
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o me han dado que lo
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intenta hacer una pila de ese tipo
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errónea, si me da negativo
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esa pila no funciona, no hay flujo
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de electrones, esa reacción
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no es espontánea, no se dará
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y tendríamos que decir
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que tendríamos que hacer otro procedimiento
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para que esa reacción ocurra, que eso lo veremos
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luego que se llama electrólisis
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entonces si yo quiero, ya termino
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el vídeo, que se nos hace muy largo
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Si yo quiero formar una pila y la puedo elegir yo, para que funcione, pues como cátodo vamos a elegir el que tenga el potencial de la tabla, el potencial de reducción, más positivo, el más alto, o el menos negativo, que es lo mismo, el potencial más alto.
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Y voy a elegir como ánodo el que tenga el numerito más pequeño.
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¿Todo esto para qué?
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Porque cuando haga la resta del del cátodo menos el del ánodo,
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vuelvo aquí, recordad esta es la principal,
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pues me dé positivo, me dé un número mayor que cero.
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Y de esa manera, si el potencial de la pila tiene un valor positivo,
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esa pila va a funcionar.
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Va a haber una reacción espontánea y consigo tener electricidad.
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Gracias.
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- Juan Francisco F.
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- 25 de mayo de 2024 - 15:56
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- Clave
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- CPR INF-PRI-SEC LAGOMAR
- Duración:
- 18′ 21″
- Relación de aspecto:
- 4:3 Hasta 2009 fue el estándar utilizado en la televisión PAL; muchas pantallas de ordenador y televisores usan este estándar, erróneamente llamado cuadrado, cuando en la realidad es rectangular o wide.
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