APLICACIONES DE LA ELECTROQUIMICA EN ELECTRONICA La electroquímica, es una rama de la química que estudia las interrelaciones interrelaci ones entre los procesos químicos y los procesos eléctricos. Estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química. Trata los cambios químicos producidos por la corriente eléctrica, y la producción de electricidad mediante la energía de las reacciones químicas. Hay varias aplicaciones electroquímicas muy importantes en el marco de la naturaleza y de la industria. La generación de energía química en la fotosíntesis que también es un proceso electroquímico, así como la producción de metales como aluminio y titanio y en el proceso de galvanización con metales. Los impulsos nerviosos en las neuronas están basados en la energía eléctrica generada por el movimiento de los iones de sodio y potasio hacia dentro y hacia afuera de las células. Ciertas especies de animales, como las anguilas, pueden generar un fuerte potencial eléctrico capaz de incapacitar animales mucho mayores que las mismas.
Aplicaciones en Electrónica En la actualidad existen múltiples sistemas de almacenamiento; entre los más importantes se encuentran los de tipo mecánico, eléctrico, químico y electroquímico. Los del tipo eléctrico (supercapacitores) y electroquímico, son las más eficientes, fáciles de operar y los de menor costo. Esto se debe a que estos sistemas no se encuentran limitados por los ciclos termodinámicos, que limitan a los sistemas de almacenamiento del tipo mecánico. Debido a la complejidad de fabricación de los sistemas eléctricos, los sistemas electroquímicos han sido los que más éxito han tenido en el campo del almacenamiento de energía. Entre los sistemas electroquímicos más importantes, se encuentran las baterías de estado sólido, las celdas de combustible y las celdas de flujo tipo redox. En los últimos años la tecnología electroquímica ha experimentado un gran avance gracias al desarrollo y estudio de nuevos materiales electródicos, entre los que se encuentran los recubrimientos de diamante conductor de la electricidad. La amplia ventana electroquímica de este material es, probablemente, la característica más importante, ya que posibilita alcanzar rendimientos eléctricos muy elevados y desarrollar procesos que con otros electrodos se verían enmascarados por la oxidación del agua. A pesar de esto, es importante resaltar que la respuesta electroquímica del diamante se puede ver afectada por diversos factores tales como el nivel de dopado, la presencia de impurezas, el acabado de la superficie y el material sustrato empleado en su síntesis.
Aplicaciones de la electrónica La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. Estos dos usos implican la creación o la detección de campos electromagnéticos y corrientes eléctricas. Entonces se puede decir que la electrónica abarca en general las siguientes áreas de aplicación: Electrónica de control Telecomunicaciones Electrónica de potencia
ALGUNOS EJEMPLOS DE LA APLICACIÓN DE ELECTROQUIMICA EN ELECTRONICA DE LA VIDA COTIDIANA. 1. - Algunos aparatos electricos necesitan aluminio y titanio, la electroquimica es utilizada en el proceso de galvanización_de_dichos_aparatos. 2. - En el mecanismo de los alcoholímetros que son aparatos electricos también aparece la electroquímica, donde un metal se oxida mediante electro deposición y se detecta el nivel de alcohol de los conductores ebrios gracias a la redox del etanol. 3.- Las investigaciones neurologicas requieren de aparatos electricos que a su vez miden la energía eléctrica generada por el movimiento de los iones de sodio y potasio hacia dentro y hacia afuera de las células, lo cual es un proceso electroquimico.
Aplicaciones y ejemplos
biofísico británico Alan Lloyd Holguín y el físico Andrew Bieldan Huxley estudiaron las células nerviosas del calamar, cuyo gran tamaño permite la colocación de varios electrodos directamente en el interior de las células. Mediante una acertada combinación de la electroquímica, la electrónica moderna y los modelos matemáticos, fueron capaces de demostrar que el potencial de acción estaba producido por cambios selectivos en la permeabilidad de la membrana celular al sodio y al potasio. La ingeniería electrónica maneja ciertas ramas con las cuales trabaja y de este modo innovar, crear o reutilizar ciertos compuestos que se han dejado de usar o podrían servir en un futuro. La electroquímica ha avanzado recientemente desarrollando nuevas técnicas para colocar capas de material sobre los electrodos, aumentando así su eficacia y resistencia. Tras el descubrimiento de ciertos polímeros que conducen la electricidad, es posible fabricar electrodos de polímeros. Con base a eso la electrónica juega un papel importante pues su forma de trabajar importa mucho en los compuestos o materiales que se utilicen en los proyectos de innovación. El flujo de electrones desde un punto a otro se llama corriente eléctrica. Cuando la concentración de electrones se iguala en ambos puntos, cesa la corriente eléctrica. El material por el cual fluyen Los conductores pueden ser de dos tipos: conductores electrónicos o metálicos, y los conductores electrolíticos. La conducción tiene lugar por la migración directa de los electrones a través del conductor bajo la influencia de un potencial aplicado. El punto principal de el presente trabajo, será la electroquímica, las aplicaciones que esta posee, cuales son sus unidades fundamentales. Objetivo Los procesos químicos son de una relativa importancia tanto a nivel industrial como a nivel ecológico y natural. Con el desarrollo de el trabajo presentado pudimos conocer un poco mas sobre la electroquímica y su funcionamiento, también la aplicación que esta tiene a nivel industrial y comercial. También sobre los puntos relacionados con la electroquímica.
Otra aplicación industrial importante de la electrólisis es el horno eléctrico, que se utiliza para fabricar aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales metálicas hasta que se funde y se ioniza. A continuación, se obtiene el metal electrolíticamente. Los métodos electrolíticos se utilizan también para refinar el plomo, el estaño, el cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza. La galvanotecnia, otra aplicación industrial electrolítica, se usa para depositar películas de metales preciosos en metales base. También se utiliza para depositar metales y aleaciones en piezas metálicas que precisen un recubrimiento resistente y duradero. La electroquímica ha avanzado recientemente desarrollando nuevas técnicas para colocar capas de material sobre los electrodos, aumentando así su eficacia y resistencia. Tras el descubrimiento de ciertos polímeros que conducen la electricidad, es posible fabricar electrodos de polímeros.
UN EJEMPLO DE LOS PROCESOS ELECTROQUÍMICOS DE IMPORTANCIA COMERCIAL Los procesos electroquímicos de importancia comercial para la preparación de precursores de ciertos productos farmacéuticos y perfumes se conocen desde hace ya varios años, pero la producción de productos químicos en varios cientos de toneladas/año es bastante reciente. Una de las primeras plantas grandes fue construida en 1937 para la manufactura de sorbitol y manitol por reducción catódica de glucosa, pero en pocos años este proceso fue reemplazado por el de hidrogenación catalítica a elevada presión. Recién en 1964 una real preparación en gran escala fue puesta en funcionamiento en Nalco-tetraalquilplomo y al año siguiente Monsanto comenzó el suceso más grande de la historia de los procesos electroorgánicos industriales, la producción electrolítica de adiponitrilo. En plantas piloto o en escala semicomercial han sido investigados varios procesos electroorgánicos que cubren una amplia gama de tipos de reacciones: reducción de ácidos ftáticos a los correspondientes ácidos dihidroftálicos ; benceno a 1,4-ciclohexadieno , naftaleno a dihidronaftaleno y el acoplamiento reductivo de acetona a 2,3-dimetil-2,3-butanodiol (pinacolona). Los procesos anódicos examinados al menos en plantas pilotos cubren entre otros: la oxidación de propileno a óxido de propileno, la síntesis de Kolbe de sebacato de dimetilo a partir de adipato de monometilo y la oxidación de 1,4-butinodiol a ácido acetileno dicarboxílico . 3M Company en Haastings, Minnesota ha practicado la fluoración electroquímica de compuestos orgánicos desde 1951. Más de 40 procesos electroquímicos han sido desarrollados por el Central Electrochemical Research Intitute (CECRI) en la India y muchos de ellos han sido comercializados en escala relativamente pequeña. Algunos de estos productos son: ácido p-amino benzoico, p-aminofenol, ácido p- nitrobenzoico, ácido succínico, alcohol bencílico, benzaldehido, aldehido salicílico, bencidina y sacarina.
Nanoquímica, propiedades fisicoquímicas no convencionales de polímeros catenanos y rotaxanos. Un campo de investigación reciente y muy interesante es el de las máquinas moleculares. Inspirándose en la mecánica biológica, muchos han buscado formar sistemas moleculares en movimiento para generar trabajo que promete tener muchas aplicaciones. De interés especial para estos propósitos son un tipo de moléculas llamadas catenanos y rotaxanos. Los catenanos son estructuras formadas por la interconexión de dos o más macrociclos para formar una especie de cadena, con cada macrociclo tomando el papel de un eslabón. Los rotaxanos son estructuras con una molécula en forma de mancuerna rodeada en el centro por un macrociclo. Los primeros catenanos y rotaxanos fueron sintetizados en la década de 1960, pero no fue sino hasta hace unos años que se empezaron a considerar estas estructuras como posibles fuentes de una aplicación importante. Al principio, la síntesis de este tipo de estructuras era muy difícil ya que se utilizaban únicamente fuerzas intermoleculares e interacciones ácido-base para dirigir la reacción. Sin embargo, en la actualidad ya no existen ese tipo de impedimentos ya que se han diseñado métodos de síntesis que incorporan metales de transición para dirigir la reacción. Uno de los metales más empleados para esto es el cobre en estado de oxidación (I). Las estrategias más comunes consisten en formar un complejo con fragmentos coordinantes acíclicos para luego cerrar los fragmentos mediante una reacción de sustitución u otro tipo de reacción. El centro metálico puede ser removido posteriormente formando una sal insoluble con otro ligante para obtener el catenano libre. La idea de producir motores moleculares con este tipo de estructuras proviene del estudio del mecanismo de la contracción muscular.
La nanoquímica es una nueva rama de la nanociencia relacionada con la producción y reacciones de nano partículas y sus compuestos. Está relacionada con las propiedades características asociadas con ensamblajes de átomos o moléculas sobre una escala que varía de tamaño de los bloques individuales hasta las del material aglomerado (desde 1 hasta 1000 nm 1 ). A este nivel, los efectos cuánticos pueden ser significativos, teniendo así nuevas formas de llevar a cabo reacciones químicas. Un campo de investigación reciente y muy interesante es el de las máquinas moleculares. Inspirándose en la mecánica biológica, muchos han buscado formar sistemas moleculares en movimiento para generar trabajo que promete tener muchas aplicaciones. De interés especial para estos propósitos son un tipo de moléculas llamadas catenanos y rotaxanos. Los catenanos son estructuras formadas por la interconexión de dos o más macrociclos para formar una especie de cadena, con cada macrociclo tomando el papel de un eslabón. Los rotaxanos son estructuras con una molécula en forma de mancuerna rodeada en el centro por un macrociclo. Los primeros catenanos y rotaxanos fueron sintetizados en la década de 1960, pero no fue sino hasta hace unos años que se empezaron a considerar estas estructuras como posibles fuentes de una aplicación importante. Al principio, la síntesis de este tipo de estructuras era muy difícil ya que se utilizaban únicamente fuerzas intermoleculares e interacciones ácido-base para dirigir la reacción. Sin embargo, en la actualidad ya no existen ese tipo de impedimentos ya que se han diseñado métodos de síntesis que incorporan metales de transición para dirigir la reacción. Uno de los metales más empleados para esto es el cobre en estado de oxidación (I). Las estrategias más comunes consisten en formar un complejo con fragmentos coordinantes acíclicos para luego cerrar los fragmentos mediante una reacción de sustitución u otro tipo de reacción. El centro metálico puede ser removido posteriormente formando una sal insoluble con otro ligante para obtener el catenano libre.
La idea de producir motores moleculares con este tipo de estructuras proviene del estudio del mecanismo de la contracción muscular. En las células musculares existen arreglos en forma de fibras, con un filamento de miosina rodeado de filamentos de actina. El movimiento ocurre por deslizamiento de los filamentos impulsado por la hidrólisis del ATP. Haciendo una analogía con esta función biológica, se han preparado estructuras moleculares que presenten este tipo de movimiento. Uno de los sistemas más prometedores son los polipirroles que permiten doblar un polímero sólido en una dirección u otra dependiendo de la corriente eléctrica aplicada. Los rotoxanos se basan en el mecanismo de los sarcómeros del músculo, y el ciclo central no permite que la cadena en forma de mancuerna se deslice completamente fuera del sistema. Sin embargo un método químico interesante consiste en el intercambio de centros metálicos en un catenano. Para esto es importante que los ciclos tengan varios átomos donadores. Es posible intercambiar un ion metálico con un número de coordinación por otro con mayor número de coordinación (por ejemplo Cu(I) y Zn(II)). Esto produce un movimiento de estiramiento y contracción. La promesa de esta tecnología se ha manifestado en la industria de la computación. La naturaleza móvil tanto de los rotaxanos como de los catenanos hace que se comporten como interruptores moleculares, lo cual implica una amplia gama de aplicaciones tecnológicas. Se ha pensado en ocupar estas moléculas para producir chips muy pequeños, donde los rotaxanos actúen como transistores. También se están desarrollando aplicaciones en las que funcionen como sistemas de almacenamiento de información para producir computadoras moleculares. De igual forma pueden ocuparse como sensores moleculares. Este tipo de aplicaciones se han trabajado ampliamente en los últimos años y se ha hecho un gran avance, pero aún es muy temprano para asegurar su efectividad y si serán capaces de cumplir las expectativas que han generado.
BIBLIOGRAFIA Christiane Dietrich-Buchecker, Maria Consuelo Jimenez-Molero, Valerie Sartor, y Jean-Pierre Sauvage. Rotaxanes and catenanes as prototypes of molecular machines and motors. Pure Appl. Chem., Vol. 75, No. 10, pp. 1383 –1393, 2003. Carlos Peinador, Víctor Blanco, and José M. Quintela. A New Doubly Interlocked [2]Catenane. J. Am. Chem. Soc., 2009.
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