Vinculación de una celda electroquímica a una celda electrolítica
La electrólisis se produce cuando se produce una reacción redox no espontánea cuando se le aplica energía eléctrica. Una celda electroquímica funciona mediante el uso de dos reacciones redox para facilitar el movimiento de electrones. Entonces, para una batería alcalina, el ánodo de zinc se oxidará y liberará electrones, que fluirán a través del circuito para alcanzar el manganeso ($\ce{MnO2}$) cátodo, que se reducirá, lo que permitirá que fluyan más electrones a través del circuito sin acumulación de carga eléctrica. Supongo aquí que ambas reacciones son espontáneas y que la acumulación de electrones en el ánodo evita una mayor oxidación del zinc cuando el circuito está incompleto.$$\ce{Zn(s) + 2OH- (aq) \rightarrow ZnO(s) + H2O(l) +2e-} [E^\theta= 1.28V]$$ $$\ce{2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- \rightarrow Mn2O3(s) +2OH- (aq)}\ [E^\theta= 0.15V]$$
Si la batería alcalina está conectada a una celda electrolítica, ¿no será como dos celdas electroquímicas trabajando en conjunto? El ánodo de zinc se conectará al cátodo de la celda electrolítica, y luego la reacción redox resultante será (probablemente) espontánea. Entonces, ¿la "energía eléctrica" puesta en la celda electrolítica será en su lugar energía química?
Además, viendo que el $\ce{MnO2}$ el cátodo tiene un relativamente pequeño $E^\theta$valor, ¿no será difícil desencadenar la oxidación del ánodo electrolítico? Cuando se conecta a la celda electrolítica, ¿el cátodo y el ánodo de la celda electroquímica funcionan ahora de forma totalmente independiente? Si ese es el caso, no se debe considerar el voltaje de la batería, sino los potenciales de electrodo del ánodo y el cátodo, pero ese no suele ser el caso. ¿Qué estoy entendiendo mal sobre esto?
editar: Estoy preguntando sobre el mecanismo cuando una celda electroquímica está vinculada a una celda electrolítica, no sobre las reacciones que tienen lugar en la celda electroquímica en sí, por lo que la pregunta sugerida no encaja del todo.
edición 2: agregué una imagen para mostrar mejor mis dudas. Si la celda galvánica está vinculada a una electrolítica como se muestra aquí, el ánodo galvánico y el cátodo electrolítico están vinculados y aparentemente actúa como una celda separada. Lo mismo puede decirse de los otros dos electrodos. Si este es el caso, ¿el ánodo galvánico y el cátodo no actúan cada uno independientemente el uno del otro y, por lo tanto, se debe considerar el potencial del electrodo de la media celda individual? Si están realmente vinculados, ¿cómo?
Respuestas
Parece que estás mezclando un par de cosas. Una aclaración importante sobre
Además, al ver que el cátodo de MnO2 tiene una E relativamente pequeña$^o$valor, ¿no será difícil desencadenar la oxidación del ánodo electrolítico? Cuando se conecta a la celda electrolítica, ¿el cátodo y el ánodo de la celda electroquímica funcionan ahora de forma totalmente independiente?
Los potenciales de electrodo enumerados son válidos solo en soluciones relativamente diluidas en condiciones muy específicas. No aplique las medias celdas en una celda seca o alcalina. En resumen, esos números no son significativos para una batería alcalina o una celda seca de carbono-zinc. Esas composiciones comerciales de células son solo una mezcla mágica, que es más arte que ciencia. La tecnología de la batería no es tan trivial. Piense por qué no hay muchos tipos de baterías a pesar de 300 años de investigación.
Si considera una celda galvánica como su batería alcalina como una simple bomba de agua, muchas de sus confusiones desaparecerán. Su único trabajo es "hacer circular" los electrones. Cuando conecta una celda galvánica a una celda electrolítica, el ánodo y los cátodos ya no pueden considerarse independientes. Si la celda galvánica bombea un electrón, el electrón tiene que viajar por el cátodo, el ánodo y el circuito externo de la celda electrolítica. En ese proceso, algo en la celda electrolítica tiene que descomponerse químicamente.
Para una celda electrolítica, una celda galvánica no es más que una fuente de energía.
Para una celda galvánica, una celda electrolítica no es más que un circuito electrónico alimentado.
El ánodo / cátodo de la celda galvánica no forma con el cátodo / ánodo de la celda electrolítica una celda separada respectiva, ya que no hay flujo iónico entre ellos. De manera similar, para un caso más simple, 2 medias celdas no forman una celda si no hay una conexión iónica entre ellas.
La razón es simple, basada en el requisito de neutralidad electrostática y enormes fuerzas entre cargas desequilibradas. Imagine que logra empujar la corriente 1 A durante 20 s a través del cable, sin que el movimiento iónico lo equilibre. La carga desequilibrada comparable provoca en la atmósfera un rayo de varios kilómetros de largo.