Los tipos de reacciones químicas que llamamos “oxidación / reducción” o “redox” son aquellas que transfieren electrones de una sustancia a otra. Se dice que el componente que pierde electrones está “oxidado”, y el componente que los gana se dice que está “reducido”. Si tiene problemas para recordar cuál es cuál, solo recuerde que los electrones están cargados negativamente, por lo que la carga eléctrica general en el componente “reducido” se vuelve más negativa (es decir, se reduce).
Diferentes compuestos químicos tienen diferentes potenciales de oxidación, y si coloca dos sustancias con diferentes potenciales en un sistema donde pueden reaccionar entre sí, entonces se producirá una reacción redox espontáneamente. Si configura el sistema de manera que los iones pero no los electrones puedan fluir entre las dos partes del sistema, la carga eléctrica comenzará a acumularse en las dos sustancias. Etiquetamos aquel que tiene una carga negativa acumulando el “ánodo”, y el que tiene una carga positiva acumula el “cátodo”.
Si el ánodo y el cátodo están aislados eléctricamente entre sí, entonces el potencial eléctrico entre ellos se acumulará hasta que coincida exactamente con la diferencia en el potencial de oxidación, y luego la reacción se detendrá. Sin embargo , si conectamos el ánodo y el cátodo con un cable, ¡entonces los electrones fluirán del ánodo al cátodo! No se acumula carga, por lo que la reacción se completará. Esto significa que funciona hasta que los productos de la reacción en cada lado tengan potenciales de oxidación iguales. Mientras continúe la reacción, la corriente fluirá a través del cable. Lo que hemos descrito es una celda eléctrica . El ejemplo canónico de esto es la célula galvánica, que es el primer sistema de este tipo que se descubre. Aquí hay un diagrama de uno:
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Una vez que la reacción se ha completado, es decir, hasta el punto en que los potenciales de oxidación en cada lado se han igualado, decimos que la célula se descarga. La reacción en una celda galvánica no es reversible, pero otros sistemas (como la batería de plomo-ácido en su automóvil) son reversibles. Cuando dicha batería está en una condición “cargada”, los electrones fluirán espontáneamente desde el ánodo al cátodo siempre que estén conectados por un cable ininterrumpido:
Esta reacción continuará hasta que los potenciales de oxidación se hayan igualado, en cuyo caso decimos que la batería está ahora “descargada”. Si se aplica un potencial eléctrico al cable, conduciendo electrones hacia el ánodo, la reacción procederá en reversa y la diferencia en el potencial de oxidación entre el ánodo y el cátodo aumentará. Decimos que la batería se está “cargando”.
Es importante tener en cuenta que, dado que el electrón como partícula no se descubrió hasta mucho después de la corriente eléctrica, la definición de la dirección del flujo de corriente eléctrica resultó ser opuesta a la dirección en la que fluyen los electrones. La corriente se define como el flujo del cátodo al ánodo, a pesar de que los electrones realmente van en la dirección opuesta. Esto ha causado una considerable confusión durante más de dos siglos, y tiene que clasificarse como uno de los accidentes más desafortunados en la historia de la ciencia.
