Calcular el potencial de una pila (fem) y su reacción

Elige los dos electrodos de la tabla de potenciales estándar de reducción: se decide solo cuál es el cátodo. Si las concentraciones no son 1 M, cámbialas para aplicar la ecuación de Nernst.

En resumen

El potencial de una pila es E° = E°(cátodo) − E°(ánodo), con los potenciales estándar de reducción de la tabla. El cátodo es el de mayor potencial. En la pila Daniell (cobre y zinc): E° = 0,342 − (−0,762) = 1,104 V; el zinc se oxida y el cobre se deposita.

Cómo se calcula el potencial de una pila

  1. Busca los potenciales estándar de reducción de los dos electrodos.
  2. El de mayor potencial se reduce: es el cátodo (polo +). El otro se oxida: es el ánodo (polo −).
  3. Resta: E° = E°(cátodo) − E°(ánodo). Si sale positivo, la pila funciona espontáneamente.
  4. Para la reacción global, iguala los electrones de las dos semirreacciones y súmalas.
E°pila = E°cátodo − E°ánodo ΔG° = −n · F · E° (F = 96 485 C/mol) log K = n · E° / 0,0592 (a 25 °C)

No se multiplican los potenciales por los coeficientes: aunque haya que multiplicar una semirreacción por 2 para ajustar los electrones, su potencial es el mismo, porque es una propiedad intensiva.

Notación de una pila

Se escribe el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha, con una barra (|) para cada cambio de fase y dos barras (‖) para el puente salino. La pila Daniell es:

Zn(s) | Zn²⁺(aq) ‖ Cu²⁺(aq) | Cu(s)

La ecuación de Nernst

E = E° − (0,0592 / n) · log Q (a 25 °C)

Si las concentraciones no son 1 M, el potencial cambia. Q es el cociente de reacción. En la pila Daniell con [Cu²⁺] = 0,01 M y [Zn²⁺] = 1 M: E = 1,104 − (0,0592 / 2) · log(1 / 0,01) = 1,045 V. Cuando la pila se gasta, Q aumenta, E baja y, al llegar al equilibrio, E = 0.

Tabla de potenciales estándar de reducción

SemirreacciónE° (V)
Li⁺ + e⁻ → Li−3,04 V
K⁺ + e⁻ → K−2,931 V
Ca²⁺ + 2 e⁻ → Ca−2,868 V
Na⁺ + e⁻ → Na−2,71 V
Mg²⁺ + 2 e⁻ → Mg−2,372 V
Al³⁺ + 3 e⁻ → Al−1,662 V
2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻−0,828 V
Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn−0,762 V
Cr³⁺ + 3 e⁻ → Cr−0,744 V
Fe²⁺ + 2 e⁻ → Fe−0,447 V
Cd²⁺ + 2 e⁻ → Cd−0,403 V
Co²⁺ + 2 e⁻ → Co−0,28 V
Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni−0,257 V
Sn²⁺ + 2 e⁻ → Sn−0,138 V
Pb²⁺ + 2 e⁻ → Pb−0,126 V
2 H⁺ + 2 e⁻ → H₂0 V
Sn⁴⁺ + 2 e⁻ → Sn²⁺+0,151 V
Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu+0,342 V
O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻+0,401 V
Cu⁺ + e⁻ → Cu+0,521 V
I₂ + 2 e⁻ → 2 I⁻+0,536 V
Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺+0,771 V
Ag⁺ + e⁻ → Ag+0,8 V
Hg²⁺ + 2 e⁻ → Hg+0,851 V
Br₂ + 2 e⁻ → 2 Br⁻+1,066 V
O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻ → 2 H₂O+1,229 V
Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O+1,232 V
Cl₂ + 2 e⁻ → 2 Cl⁻+1,358 V
Au³⁺ + 3 e⁻ → Au+1,498 V
MnO₄⁻ + 8 H⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 4 H₂O+1,507 V
F₂ + 2 e⁻ → 2 F⁻+2,866 V

A 25 °C, con los iones a 1 M y los gases a 1 atm. Fuente: CRC Handbook of Chemistry and Physics. Los de arriba son reductores fuertes (se oxidan con facilidad); los de abajo, oxidantes fuertes.

Ejemplos resueltos

¿Qué potencial tiene la pila Daniell (Zn y Cu)?

E° = 0,342 − (−0,762) = 1,104 V. Reacción: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu.

Probar este ejemplo

¿Y una pila de plata y cobre?

El cátodo es la plata: E° = 0,800 − 0,342 = 0,458 V. Reacción: Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag.

Probar este ejemplo

¿Qué potencial da el zinc frente al electrodo de hidrógeno?

E° = 0 − (−0,762) = 0,762 V: por eso el E° del zinc es −0,762 V.

Probar este ejemplo

¿Qué potencial tiene la pila Daniell si [Cu²⁺] = 0,01 M y [Zn²⁺] = 1 M?

Con Nernst, el cobre baja a 0,342 − 0,0296 · 2 = 0,283 V, y la pila da 0,283 + 0,762 = 1,045 V.

Probar este ejemplo

Errores frecuentes

  • Cambiar el signo del ánodo y además restar. O se usan los dos como reducción y se restan, o se invierte el del ánodo y se suman, pero no las dos cosas.
  • Multiplicar el potencial por los coeficientes. Al ajustar los electrones, E° no cambia.
  • Confundir los polos. En una pila el ánodo es el negativo; en una electrólisis es al revés, el ánodo es el positivo.

Para ajustar la reacción global en medio ácido o básico, usa la calculadora de ajustar reacciones; para los números de oxidación, la de número de oxidación.

Un poco de historia

Alessandro Volta presentó en 1800 la primera pila eléctrica: discos de zinc y de cobre apilados, separados por cartón empapado en salmuera. De ahí viene la palabra «pila». En 1836, John Frederic Daniell creó la pila de zinc y cobre con dos disoluciones, que daba una tensión mucho más estable y se usó en los telégrafos.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula el potencial de una pila?

Restando los potenciales estándar de reducción: E° = E°(cátodo) − E°(ánodo), donde el cátodo es el de mayor potencial. Para una pila de cobre (+0,342 V) y zinc (−0,762 V): E° = 0,342 − (−0,762) = 1,104 V.

¿Cómo sé cuál es el ánodo y cuál el cátodo?

El electrodo con mayor potencial de reducción se reduce y es el cátodo (polo positivo). El de menor potencial se oxida y es el ánodo (polo negativo). Los electrones salen del ánodo y llegan al cátodo por el cable.

¿Qué es la pila Daniell?

Una pila de zinc y cobre: una lámina de zinc en sulfato de zinc y otra de cobre en sulfato de cobre, unidas por un puente salino. Da 1,10 V en condiciones estándar. La inventó John Frederic Daniell en 1836.

¿Para qué sirve la ecuación de Nernst?

Para calcular el potencial cuando las concentraciones no son 1 M: E = E° − (0,0592 / n) · log Q a 25 °C. Explica por qué una pila pierde voltaje a medida que se gasta.

¿Qué relación hay entre el potencial y la espontaneidad?

ΔG° = −n · F · E°. Si E° es positivo, ΔG° es negativo y la reacción es espontánea: la pila funciona. Para la pila Daniell, ΔG° = −2 · 96 485 · 1,104 ≈ −213 kJ/mol.

¿Qué hace el puente salino?

Cierra el circuito dejando pasar iones entre las dos disoluciones, para que no se acumule carga y la reacción pueda seguir. Sin él, la pila deja de funcionar al instante.

Fuentes

Revisado en septiembre de 2026.

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