ELECTROQUÍMICA

ELECTROQUÍMICA

1. Reacciones redox

   • Son procesos electroquímicos donde la energía liberada por una reacción espontánea se convierte en electricidad
   • Se transfieren electrones de una sustancia a otra
     • La pérdida de electrones durante la oxidación de un elemento se distingue por un aumento en su número de oxidación
     • La reducción de un elemento implica disminución en su número de oxidación debida a la ganancia de electrones
   • Al método de balanceo de las ecuaciones redox se le llama método del "ion electrón"
     • La reacción global se divide en dos semirreacciones: la reacción de oxidación y la de reducción. Las ecuaciones de estas dos semirreacciones se balancean por separado y luego se suman para obtener la ecuación global balanceada

2. Celdas galvánicas

   • Es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea
     • La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque existe una diferencia de energía potencial eléctrica
       • La diferencia de potencial se mide en forma experimental con un voltímetro
         • El voltaje se llama fem (E), depende de la naturaleza de los electrodos y de los iones, también de las concentraciones iónicas y la temperatura a la que opera la celda.
   • La notación convencional es un diagrama de celda, donde la línea vertical representa los límites de las fases y La doble línea vertical representa el puente salino
     • El ánodo a la izquierda y los demás componentes aparecen en el mismo orden en que se encontrarían al moverse del ánodo al cátodo

3. Potenciales estándar de reducción

   • La fem de la celda de Daniell es de 1.10 V a 25°C es de Zn y Cu. Conociendo uno de ellos, el otro se obtiene por sustracción la suma de los potenciales eléctricos
     • “°” denota condiciones de estado estándar, y E° el potencial estándar de reducción, asociado con una semirreacción de reducción. Electrodo estándar de hidrógeno (EEH)
       • El EEH sirve para medir los potenciales de otros electrodos
       • E° para predecir el alcance de una reacción redox. Un E° positivo significa que la reacción redox favorecerá la formación de productos en el equilibrio, negativo significa que se formarán más reactivos que productos en el equilibrio
         • El cambio en los coeficientes estequiométricos no afecta el valor de E
   • Las reacciones de semicelda son reversibles
   • Regla de las diagonales

4. Termodinámica de las reacciones redox

   • ¿Cómo se relaciona E°celda con algunas cantidades termodinámicas?
     • La energía química se transforma en energía eléctrica para hacer trabajo eléctrico
       • La energía eléctrica es el producto de la fem de la celda por la carga eléctrica total
         • La carga eléctrica de un mol de electrones se denomina constante de Faraday (F) nF donde n es número de moles
           • La fem es el voltaje máximo que la celda puede alcanzar Por tanto, el trabajo eléctrico hecho wele está dado por:

5. Efecto de la concentración sobre la fem de la celda

   • La ecuación Nerst es la relación matemática entre la fem de una celda y la concentración de reactivos y productos de una reacción redox
     • Permite calcular E en función de las concentraciones de los reactivos y los productos
       • Celdas de concentración. Dos semiceldas hechas del mismo material, pero distinta concentración iónica
         • Un par de células biológicas es comparables son las células musculares y las células nerviosas

6. Baterías

   • Una batería es una celda galvánica, o un conjunto que pueden servir como fuente de corriente eléctrica directa a un voltaje constante
     • La batería de celda seca no tiene un componente fluido
       • Celda de Leclanché se utiliza en las lámparas portátiles y en los radios de transistores
     • La batería de mercurio tiene muchas aplicaciones en medicina y en la industria electrónica y es más costosa
       • Suministra un voltaje más constante, tiene una capacidad considerablemente mayor y una vida más larga
     • El acumulador de plomo puede liberar gran cantidad de corriente por corto tiempo, además es recargable
     • Las baterías de ion litio tienen el potencial estándar de reducción más negativo, por ende, la mayor fuerza de reducción
       • Se puede recargar virtualmente cientos de veces sin deteriorarse
     • Las celdas de combustible requieren un aporte continuo de reactivos para mantener su funcionamiento

7. Corrosión

   • Es el deterioro de los metales por un proceso electroquímico
     • La superficie del hierro metálico se puede desactivar mediante un proceso conocido como pasivación
     • En la protección catódica, el metal que va a ser protegido de la corrosión se convierte en el cátodo de una celda galvánica

8. Electrólisis

   • Se utiliza la energía eléctrica para inducir una reacción química no espontánea
     • Se lleva a cabo en un dispositivo que se conoce como celda electrolítica
       • Electrólisis del cloruro de sodio fundido
         • La celda electrolítica contiene un par de electrodos conectados a una batería
           • "Bomba de electrones” que los lleva hacia el cátodo, donde se efectúa la reducción y los retira del ánodo
       • Electrólisis del agua
         • Está formada por un par de electrodos de un metal inerte, como el platino, sumergidos en agua
       • Electrólisis de una disolución acuosa de cloruro de sodio
         • Los cationes tienden a reducirse en el cátodo y los aniones son más fáciles de oxidar en el ánodo
         • El resultado dependerá de la naturaleza de las demás especies presentes
   • Aspectos cuantitativos de la electrólisis
     • La masa del producto formado en un electrodo era proporcional a la cantidad de electricidad transferida al electrodo y a la masa molar de la sustancia en cuestión
     • Por lo general medimos la corriente que pasa a través de una celda electrolítica en cierto tiempo.

9. La electroquímica es la rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química