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ELECTROQUÍMICA

juan tixi Spanish

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ELECTROQUÍMICA

Es el estudio de las relaciones entre la electricidad y las reacciones químicas.
- Celda Voltaica
  - La energía liberada por una reacción redox espontánea puede usarse para realizar trabajo eléctrico.
  - Es un dispositivo en el que la transferencia de electrones tiene lugar a lo largo de un camino externo, y no directamente entre los reactivos.
    - Los dos metales sólidos que están conectados por un circuito externo se conocen como electrodos
      - el electrodo en el que ocurre la oxidación es el ánodo
      - el electrodo en el que se efectúa la reducción es el cátodo.
      - Para que una celda voltaica funcione, las disoluciones de las dos medias celdas deben seguir siendo eléctricamente neutras.
      - Los electrones fluyen espontáneamente del ánodo negativo al cátodo positivo.
      - El desplazamiento de los iones en disolución completa el circuito eléctrico
- FEM de celda
  - empuja los electrones a lo largo de un circuito externo en una celda voltaica.
  - entre dos electrodos se mide en unidades de volt.
    - Un volt (V) es la diferencia de potencial necesaria para impartir 1 J de energía a una carga de 1 coulomb (C).
    - proporciona la fuerza motriz que empuja los electrones a lo largo del circuito externo.
      - se denota como E celda, se llama también potencial de celda.
        un cambio en el coeficiente estequiométrico de una media reacción no influye en el valor del potencial estándar de reducción
Espontaneidad de las reacciones Redox
- Un valor positivo de E indica un proceso espontáneo
- un valor negativo de E indica un proceso no espontáneo
- Los potenciales estándar de reducción facilitan la comprensión de la serie de actividad de los metales.
- FEM y cambio de energía libre
  - es una medida de la espontaneidad de un proceso que se lleva a cabo a temperatura y presión constantes.
  - Se expresa por medio de esta formula
    - △G=-nFE
      - n= número de electrones
      - F= Constante de Faraday
      - E= Potencial de celda
Efecto de la concentración en la FEM celda
- Depende de las concentraciones que contenga cada reacción.
- Ecuación de Nerst
  - Se encuentra a partir de la dependencia del cambio de energía con respecto de la concentraciones.
  - E=E°-(RT/nF)*lnQ
    - o también
      - E=E°-(2.303RT/nF)*logQ
- Si las concentraciones de los reactivos aumentan con respecto a las de los productos, la FEM aumenta.
- Celdas de Concentración
  - La FEM de celda depende de la concentración
  - Es una celda basada exclusivamente en la FEM que se genera debido a una diferencia de concentración
  - La ecuación de Nerst nos permitira calcular la FEM cuando el sistema se encuentre fuera de equilibrio químico
Baterias
- Es una fuente de energía electroquímica portátil y autosuficiente, compuesta de una o más celdas voltaicas
  - El cátodo se identifica con un signo de más, y el ánodo, con un signo de menos.
    - Ciertas baterías son celdas primarias, lo cual significa que no es posible recargarlas
    - Una celda secundaria se puede recargar mediante una fuente de energía externa
    - Existen una gran variedad de baterias, todas dependen del uso que vayan a tener
      - Batería de plomo y ácido
        El cátodo de cada celda es de dióxido de plomo (PbO2)
        El ánodo de cada celda es de plomo.
        Ambos electrodos están inmersos en ácido sulfúrico.
        Una ventaja de la batería de plomo y ácido es que se puede recargar.
        Batería alcalina
        Es una batería primaria, no recargable
        El ánodo de esta batería consiste en zinc metálico en polvo inmovilizado en un gel y en contacto con una disolución concentrada de KOH
        El cátodo es una mezcla de MnO2(s) y grafito, separada del ánodo por una tela porosa.
        La fem de una batería alcalina es de 1.55 V a temperatura ambiente.
        Batería de niquel y cadmio
        Una celda individual de nicad tiene una fem de 1.30 V
        Las baterías de nicad contienen típicamente tres o más celdas en serie
        Debido a un alto porcentaje de contaminacion debido al cadmio, se buscaron otras alternativas, de alli surgen las baterías de litio y niquel
        Batería de níquel e hidruro metálico
        El ánodo consiste en una aleación metálica
        Tiene la capacidad de absorber átomos de hidrógeno
        La reacción catódica de las baterías NiMH es la misma que la de las baterías de níquel y cadmio
        Batería de Ion-Litio
        Consiguen una mayor densidad de energía
        Los iones Li+ tienen la capacidad para insertarse en ciertos sólidos estratificados y ser extraídos de ellos.
Corrosión
- Son reacciones redox espontáneas en las que un metal es atacado por alguna sustancia del ambiente y convertido en un compuesto no deseado.
  - La oxidación es un proceso termodinámicamente favorable en el aire a temperatura ambiente
    - Corrosión del Hierro
      - El enmohecimiento del hierro requiere oxígeno y agua
        La corrosión del hierro es de naturaleza electroquímica.
        Los electrones se desplazan a través del metal desde una región donde hay oxidación hasta otra donde hay reducción
        Protección Catódica
        Proteger un metal contra la corrosión convirtiéndolo en el cátodo de una celda electroquímica es una técnica
        Ánodo de Sacrificio
        El metal que se oxida y protege así el cátodo