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Calculadora de la FEM de la celda galvánica
FEM de la celda galvánica E⁰celda = E⁰cátodo − E⁰ánodo, con ΔG⁰ = −nFE⁰ y la constante de equilibrio log₁₀K = nE⁰/0.0592 a 25 °C. El signo lo cuenta todo: la celda de Daniell (cátodo Cu²⁺/Cu a +0.34 V, ánodo Zn²⁺/Zn a −0.76 V) da +1.10 V y −212 kJ/mol — espontánea; intercambia los electrodos y los mismos números salen negativos: esa dirección es electrólisis y se niega a correr sin potencia externa.
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Guía de uso de la herramienta
Conoce cuándo usar esta herramienta, qué admite y cómo la aplican los usuarios.
Datos clave
Categoría
Science & Education
Tipos de entrada
number
Tipo de salida
text
Cobertura de ejemplos
4
API disponible
Sí
Resumen
La calculadora de la FEM de la celda galvánica determina el potencial estándar de celda (E⁰celda) a partir de los potenciales de reducción del cátodo y del ánodo, evaluando simultáneamente la energía libre de Gibbs estándar (ΔG⁰) y la constante de equilibrio (K) a 25 °C para predecir la espontaneidad termodinámica de la reacción redox.
Cuándo usarlo
Al diseñar o analizar pares redox para pilas electroquímicas y baterías.
Al resolver problemas de fisicoquímica o electroquímica sobre espontaneidad y potenciales estándar de electrodo.
Al verificar si una reacción química requiere una fuente de alimentación externa (electrólisis) o genera corriente de forma espontánea.
Cómo funciona
1Ingresa el potencial estándar de reducción del cátodo (E⁰cátodo) y del ánodo (E⁰ánodo) en voltios.
2Indica el número total de electrones transferidos (n) en la ecuación redox balanceada.
3La herramienta calcula la FEM mediante E⁰celda = E⁰cátodo − E⁰ánodo, obtiene la energía libre estándar ΔG⁰ = −nFE⁰ y determina la constante de equilibrio mediante log₁₀K = nE⁰/0.0592 a 25 °C.
Casos de uso
Estudio de la pila de Daniell (Cu²⁺/Cu frente a Zn²⁺/Zn) para clases de química general o ingeniería de materiales.
Evaluación de la viabilidad termodinámica de procesos de electrodeposición y recubrimiento metálico.
Comprobación rápida de parámetros termodinámicos (ΔG⁰ y K) en laboratorios de electroquímica.
Ejemplos
1. Cálculo de la celda de Daniell estándar
Estudiante de ingeniería química
Contexto
Se desea modelar la celda clásica de cobre y zinc para un informe de laboratorio de fisicoquímica.
Problema
Calcular la fuerza electromotriz estándar, la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio a 25 °C.
Cómo usarlo
Introduce 0.34 en 'Potencial de cátodo E⁰ (V)', -0.76 en 'Potencial de ánodo E⁰ (V)' y 2 en 'Electrones transferidos n'.
Resultado
Obtiene un E⁰celda de +1.10 V, un ΔG⁰ de -212.27 kJ/mol y una constante K de aproximadamente 1.54×10³⁷, confirmando una reacción espontánea.
2. Evaluación del sentido inverso (electrólisis)
Investigador en corrosión
Contexto
Se analiza el comportamiento del par cobre-zinc configurado en la dirección no espontánea.
Problema
Determinar el potencial necesario y el cambio termodinámico al forzar la reducción de zinc con oxidación de cobre.
Cómo usarlo
Ingresa -0.76 en 'Potencial de cátodo E⁰ (V)', 0.34 en 'Potencial de ánodo E⁰ (V)' y 2 en 'Electrones transferidos n'.
Resultado
Preguntas frecuentes
¿Cómo determina el signo de E⁰celda si la reacción es espontánea?
Un valor de E⁰celda positivo indica una reacción espontánea que genera corriente (celda galvánica), mientras que un valor negativo indica un proceso no espontáneo que requiere energía externa (celda electrolítica).
¿Qué convención de potenciales de electrodo utiliza la calculadora?
Utiliza los potenciales estándar de reducción estándar (E⁰) tabulados frente al electrodo estándar de hidrógeno tanto para el cátodo como para el ánodo.
¿Qué representa el valor n?
Representa el número entero de moles de electrones intercambiados entre la semirreacción de oxidación y la de reducción en la ecuación balanceada.
¿A qué temperatura se calculan ΔG⁰ y la constante K?
Los cálculos de la constante de equilibrio log₁₀K y la energía libre estándar asumen una temperatura estándar de 25 °C (298.15 K).
¿Por qué no se multiplica el potencial de reducción al balancear electrones?
Obtiene un E⁰celda de -1.10 V y un ΔG⁰ positivo de +212.27 kJ/mol, demostrando que el proceso requiere suministro de corriente continua.
El potencial estándar de reducción es una propiedad intensiva del sistema y su valor numérico en voltios no depende de los coeficientes estequiométricos de la reacción.