APLICACIONES INDUSTRIALES Y CIENTÍFICAS DE LOS FENÓMENOS ELECTROQUÍMICOS. Juan Felipe Hincapié Álvarez Ana Cristina Restrepo Montoya La electroquímica es una ciencia, que se fundamenta en conocimientos químicos y de ingeniería; estudia las reacciones que conllevan fenómenos eléctricos ò aquellas que se dan a causa de un fenómeno eléctrico, es decir, presentan una transformación de energía química a eléctrica y viceversa. Dichas transformaciones son posibles gracias a la naturaleza de las reacciones de intercambio de electrones, conocidas como redox. Sin embargo las aplicaciones de este campo van más allá de estas transformaciones, las cuales se consideran con mayor detalle a continuación. El auge de la electroquímica es cada vez mayor, tanto en procesos industriales como en campos investigativos; sin perder de vista en la vida cotidiana aparecen dispositivos bajo estos principios, como lo son las baterías. Los montajes electroquímicos están constituidos principalmente por dos electrodos, formados por medias celdas (ánodo y cátodo), soluciones de iones y un circuito externo. Los montajes pueden presentar posibles variaciones según la aplicación [4]: Electro-catálisis: Síntesis de compuestos y refinación de metales. [3] En la industria moderna; la descomposición electrolítica tiene gran importancia, pues es posible obtener gran cantidad de compuestos que no son viables mediante los reactores convencionales. La gran ventaja para extraer o refinar metales por procesos electrolíticos es la alta pureza en el producto final, una desventaja está relacionada con los grandes costos energéticos. Algunos ejemplos son: La sosa cáustica se fabrica con la electrólisis de una solución de cloruro de sodio en agua, depositándose la sosa cáustica. Horno eléctrico: se usa para fabricar principalmente aluminio, magnesio y sodio, este horno consiste en fundir las sales metálicas y luego depositar los metales electrolíticamente. Electrodeposición: Galvanoplastia. Proceso mediante el cual se cubre una superficie metálica con otro metal, con el fin de protegerlo de la corrosión. Sin embargo se pueden obtener propiedades que le proporcionan valor agregado al producto (apariencia, dureza, entre otros). En éste proceso el objeto a recubrir, que debe estar totalmente limpio, se sumerge en una solución salina del metal con que se recubre, y se conecta a una terminal eléctrica convirtiendo el objeto en un electrodo, se sumerge otro electrodo (de un material inerte o del metal con que se recubre); luego al conectar a una fuente de voltaje los electrodos, se producirá una reacción en la cual el metal en solución se deposita en la superficie a recubrir. En este proceso es importante un adecuado control de la corriente y el voltaje. Sacrificio metálico. El sacrificio metálico es una técnica para evitar la corrosión de un metal. Esta técnica nació con Sir Humphry Davy; químico inglés que propuso proteger los cascos de cobre de los barcos, poniendo placas de zinc que se corroen para prevenir el deterioro del cobre. Para que estos sistemas funcionen el ánodo (metal protector) debe tener un potencial redox menor que el del cátodo (metal protegido), con el fin que tenga una mayor tendencia a oxidarse. Posteriormente se desechan dichas placas, de este modo se amplía la vida útil de las embarcaciones. Tratamiento de aguas residuales. [1] [2] Un área de investigación y recientemente aplicada en la industria es la destrucción de
contaminantes orgánicos; en aguas residuales mediante el uso de procesos basados en la oxidación anódica, para disminuir las cargas de DQO (demanda química de oxigeno) en las aguas residuales. Electrocoagulación: se genera el coagulante in situ, sometiendo el ánodo de aluminio o hierro a una corriente eléctrica, generando los iones en solución, que empiezan la formación de coloides. En el cátodo se genera hidrogeno que sale en forma de burbujas, ayudando a los coloides a subir a la superficie sin necesidad de aditivos. Respecto a la coagulación tradicional, la electrocoagulación tiene el beneficio de necesitar poco espacio, menor costo y una mayor eficiencia en generación de coloides. Electro-flotación: éste proceso consiste en hacer subir a la superficie algunos contaminantes adsorbidos en las burbujas de hidrogeno y oxigeno que resultan de la electrolisis. Desinfección: en algunas ocasiones resulta como la consecuencia de la electro-oxidación, pues al poseer iones cloruro en solución, se oxidan generando cloro gaseoso que en solución acuosa genera hipoclorito, así la desinfección dependerá de la concentración inicial del iones cloruro. Almacenamiento -Generación de energía eléctrica Las baterías consisten en dos electrodos metálicos sumergidos en un líquido, sólido o pasta electrolítica. Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en el ánodo se producen electrones (oxidación), y en el cátodo se produce un defecto de electrones (reducción). Cuando los electrones pasan del ánodo hacia el cátodo a través de un conductor externo a la pila se produce una corriente eléctrica. Este proceso ocurre espontáneamente, de lo contrario; cuando ya no genera electricidad, se ha llegado a un equilibrio electroquímico; es necesario entonces recargar la batería (proceso no espontáneo). El caso de generación de energía es tema de bastantes investigaciones. Electro-catálisis: Síntesis, caracterización y comportamiento electroquímico de nanopartículas. [2] La investigación se centra en el estudio de la relación existente entre composición y estructura superficiales de nanopartículas de metales simples y aleaciones y su actividad electro-catalítica. Las reacciones en estudio son la oxidación de pequeñas moléculas susceptibles de ser empleadas en una pila de combustible orgánico/aire y la oxidación de hidrógeno conteniendo pequeñas proporciones de CO como combustible empleado en la pila hidrógeno/aire. Se estudian también diferentes métodos de síntesis y fabricación de nanopartículas que pueden ser eficientes catalizadores para diversos procesos de síntesis y/ o destrucción de materiales orgánicos por vía electroquímica. BIBLIOGRAFÍA. [1] AGUADO ALONSO, José. “Tratamiento electroquímico de aguas residuales”. Departamento de química analítica e Ingeniería Química – Universidad de Alcalá. [En línea] consultado 6 de marzo de 2012 < http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2010/09/17/131491> [2] MONTIEL LEGUEY, Vicente. “Electroquímica Aplicada Y Electrocatálisis”, Grupo de investigación – Universidad de Alicante. [En línea] consultado 6 de marzo de 2012 [3] LA ELECTROQUÍMICA. Monografía sobre procesos electroquímicos. [En línea] consultado 6 de marzo de 2012 [4] C. L. MANTELL. “Ingeniería electroquímica”. Editorial reverté, Barcelona 1962.
