Celdas Electroquimicas

Preparatoria Federal Lázaro Cárdenas

Temas Selectos de Química II

“Celdas Electroquímicas”

Profa. Elizabeth Sánchez

Grupo 607

-Diana Valentina Ceja Pérez -Rubén David Pérez Figueroa -Monserrat Segura Ramírez -Vanessa Torrecillas Arreola -Jair Velázquez Martínez -Giselle Villaseñor Velázquez

Tijuana B.C. 2 de Mayo de 2012

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Índice Introducción del Tema………………………………………………………………..…..1 Esquema…………………………………………………………………………… .……..2 Caso Clínico………………………………………………………………………..…… 3-5 Ideas Fundamentales…………………………………………………………………… .6 Acerca de las Celdas Electroquímicas………………………………………….…. .7-12 Cuerpo del Trabajo………………………………………………………………..… 13-15 Conclusiones…………………………………………………………………………….. 16 Bibliografía………………………………………………………………………………..17









Introducción

Es muy difícil conocer el nacimiento de la electroquímica, pues existen evidencias que indican, la existencia de baterías y acumuladores de energía eléctrica, desde la antigüedad. Estudios realizados en los años 1930 demostraron la existencia de baterías en el imperio Parto, que probablemente fueron empleadas para la electrodeposición o galvanizado de piezas metálicas. Los antecedentes acerca del conocimiento de la electricidad en términos científico vinieron muchos siglos después, gracias a los trabajos con el magnetismo y los principios de la electricidad de los siglos XVII y XVIII dados tanto por William Gilbert, llamado el padre del magnetismo y por Otto von Guericke quien creó el primer generador eléctrico, que producía electricidad estática generando fricción en un aparato en forma de esfera. Todo ello sumado a los aportes de Charles François de Cisternay du Fay (teoría de la polaridad), Benjamín Franklin (electricidad atmosférica), Charles- Agustín de Coulomb (teoría de atracción electrostática) en 1781 y los estudios de Joseph Priestley en Inglaterra, se logró pavimentar el camino para el nacimiento científico de la electroquímica. La electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación de la energía eléctrica y la energía química. Las reacciones químicas en donde se tienen a cabo transferencia de electrones se conocen como reacciones redox, dentro de la electroquímica este proceso es fundamental, puesto que estas son el motor principal para la aparición de una corriente eléctrica, o las reacciones son producidas por la misma. Ya que la electroquímica basa sus estudios en estas reacciones ya sea q se encuentres separadas físicamente o temporalmente, se encuentran conectadas a un circuito eléctrico, esto llevado hacia la química analítica nos conlleva a una disciplina









Esquema Celda Electrolítica Transforma una corriente eléctrica en una reacción química de oxidación-reducción oxidación-reducción que no tiene lugar de modo espontáneo.

Celda voltaica

Propiedades Fisicoquímicas El material de las placas y el electrolito determinan el valor de la FEM.

CELDAS ELECTROQUIMICAS

La superficie de contacto (material activo) con el electrolito determinan la capacidad de almacenar energía de la celda.

Transforma una reacción química espontánea en una corriente eléctrica, como las pilas y baterías.

Impacto Ambiental

Definición Es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox (celda galvánica o voltaica).

Aplicado en la vida cotidiana Se encuentra en las cámaras electrónicas, las baterías recargables de la computadora, los marcapasos, los radios, los aparatos eléctricos, las mini

Para imaginar la magnitud de la contaminación de estas pilas, basta con saber que son las causantes del 93% del Mercurio en la basura domestica, así como del 47% del Zinc, del 48% del Cadmio, del 22% del Níquel, etc.









Casos Clínicos: Electroterapia:

Es el empleo de diversas formas de electricidad en el tratamiento de las enfermedades. Se utiliza también en el diagnóstico de ciertas afecciones nerviosas y musculares. Las formas de electricidad que se utilizan en medicina son: corriente galvánica, corriente sinusoidal, corriente Farádica, electricidad estática, corriente de altas frecuencias, entre otras. La electroquímica incluye la corriente galvánica

Corriente galvánica:

La corriente galvánica se utiliza en ciertas afecciones de los nervios y músculos, y también para la llamada ionización o iontoforesis. También se utiliza la corriente galvánica para depilación permanente. La corriente galvánica interrumpida se ha utilizado para obtener contracciones de los músculos.

Electroshock

La técnica de la terapia de electroshock consiste en aplicar 2 o más electrodos a ambos lados de la cabeza y hacer pasar a través del encéfalo una corriente eléctrica de intensidad determinada. Se usa en el tratamiento de enfermedades mentales. El empleo del shock eléctrico para provocar la pérdida del conocimiento,









Electrocardiógrafo

Aparato o instrumento que registra la corriente eléctrica generada por los latidos del corazón. Dos conductores acoplados a ambos brazos y la pierna izquierda lleva la corriente al aparato donde queda registrada fotográficamente en forma de ondas, cuyo conjunto recibe el nombre de cardiograma. El electrocardiógrafo es sumamente útil como elemento de diagnóstico y de inestimable valor en el estudio del corazón y de muchas enfermedades como la fiebre reumática. Por último, ayuda a establecer un diagnóstico en presuntos casos de trombosis coronaria, seria en enfermedad que se produce al quedar bloqueados por algún coagulo los vasos que irrigan el corazón con deterioro cardíaco, alteración del ritmo de los latidos y otras irregularidades circulatorias

Corazón artificial

Sólo necesita para su puesta en marcha una batería del tamaño de una cinta de vídeo que el paciente llevará enganchada a la cintura. La energía transmitida por esta batería pasa por la piel hasta un mecanismo de control con una batería de emergencia. El principal objetivo de este primer trasplante de un corazón artificial es evaluar cómo el corazón mecánico móvil afecta a la calidad de vida de los pacientes que lo reciben, que en su mayoría están tan enfermos que no pueden caminar ni cumplir su rutina de vida.











Marcapasos

Un marcapasos cardíaco es un aparato pequeño que ayuda a que el corazón lata uniformemente. Los médicos pueden colocar un marcapasos artificial compuesto de electrodos (alambres delgados flexibles) y un generador (baterías). • Los electrodos pueden ser colocados en un vaso sanguíneo

del pecho o cuello, para luego ser ubicados dentro del corazón, o el electrodo puede colocarse a través de una incisión (corte) en el pecho y unirse a la superficie externa del corazón. • Un generador para el marcapasos va conectado al electrodo. El generador es la batería

proveedora de la energía y el "cerebro" del marcapasos. Un generador puede durar de 5 a 10 años. Después de este tiempo es posible que se necesite uno nuevo.









Ideas fundamentales: Aprovechar las reacciones Redox Crear energía Utilizar esa energía para realizar fuerzas electromotrices Dispositivos capaces de obtener energía eléctrica Transferencia de electrones La mayoría constan de una ánodo y un cátodo









CELDAS ELETROQUIMICAS

La Celda Electroquímica es el dispositivo utilizado para la descomposición mediante corriente eléctrica de sustancias ionizadas denominadas electrolitos CELDA GALVÁNICA. Las celdas electroquímicas son aquellas en las cuales la energía eléctrica que procede de una v fuente externa provee reacciones químicas no espontaneas En una celda electroquímica teniendo en cuenta la reacción que se lleve a cavo dentro de ella, el agente reductor pierde electrones por lo cual se oxida, el electrodo donde se realiza la oxidación se llama ánodo, por otro lado el agente oxidante gana electrones por lo que se reduce, este proceso se lleva a cabo en el electrodo llamado cátodo.

La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo puesto q existe una diferencia de potencial entre los electrodos, esta diferencia de potencial se mide de forma experimental con un voltímetro, esta medida medida nos da la lectura del voltaje de celda, también llamado fuerza electromotriz (fem) o potencial de celda. Los electrodos pueden ser de cualquier material se sea conductor eléctricos, como los metales, también es muy utilizado el grafito debido a su gran conductividad y a su bajo costo. Estos electrodos pueden subdividirse en dos grupos en relación con la









Propiedades fisicoquímicas Ánodo: Es el electrodo sobre el que se produce la oxidación. El agente reductor pierde electrones y por tanto se oxida. M ———> M+ + 1ePor convenio se define como el polo negativo.

Cátodo: Es el electrodo sobre el que se produce la reducción. El agente oxidante gana electrones y por tanto se reduce. M+ + 1e- ———> M Por convenio se define como el polo positivo.

Puente Salino: Es un Tubo de vidrio relleno de un electrolito que impide la migración rápida de las sustancias de una celda a otra, permitiendo no obstante el









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Características Físicas relevantes:

El material de las placas y el electrolito determinan el valor de la FEM. La superficie de contacto (material activo) con el electrolito determinan la capacidad de almacenar energía de la celda. La densidad del electrolito influencia en la velocidad de reacción (altas corrientes ==> altas densidades) La temperatura a la que se somete una celda ce lda o batería ejerce una importante influencia en la tensión de la fem y por tanto en la vida útil de la misma.

Puente salino Es un tubo con un Puente salino electrolito electrolito en un gel que está conectado a las dos semiceldas de una celda galvánica; el puente salino permite el flujo de iones, pero evita la mezcla de las disoluciones diferentes que podría permitir la la reacción directa de los reactivos de la celda El puente salino también mantiene la neutralidad eléctrica en cada semicelda. Existen varios tipos de puente salino: los de tubo de vidrio y los de papel de filtro. Los puentes salinos de tubos de vidrio











También existen puentes salinos de papel de filtro, que consisten justamente en papel de filtro embebido en electrolito inerte. Entre los más usados encontramos el cloruro de sodio o de potasio. La conductividad en puentes salinos de papel de filtro depende, además de la concentración del electrolito, del la textura y capacidad absorbente del papel. Texturas más suaves y mayor capacidad de absorción significan por lo general mayor conductividad Un puente salino cumple tres funciones:   

Permite el contacto eléctrico entre las dos disoluciones Evita mezcla de las disoluciones de los electrodos Mantiene la neutralidad eléctrica en cada semi-célula a medida que los iones fluyen dentro y fuera del puente salino.

Reacciones implicadas La electroquímica es la rama de la química que estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química









de sus respectivos sulfatos, y unidas por un puente salino se la conoce como Pila de Daniell. Sus semi-reacciones son estas:

Fuerza electromotriz Capacidad que tienen algunos aparatos para movilizar la carga eléctrica y a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado. Con el paso del tiempo se empezaron a generar corrientes eléctricas más estables y de









Potencial de oxidación y potencial de reducción 

contribución del ánodo

Cuyo valor depende de la semireacción de oxidación para perder electrones 

contribución del cátodo

Cuyo valor depende de la semireacción de reducción para ganar electrones

Mecanismos de funcionamiento funcionamiento general Conjunto de elementos, mayoritariamente rígidos, que tienen como razón de ser transmitir o comenzar un movimiento. Es un dispositivo o conjunto de mecanismos que transforman o transmiten energía (de diferentes sustancias, vapor, agua, mezcla de combustibles), desde su fuente de energía hasta la resistencia que deben vencer. Entre los componentes fundamentales y característicos de un mecanismo nos encontramos con los siguientes: eslabón, que es aquel elemento rígido que sirve para la transmisión del movimiento que dará lugar al funcionamiento del mecanismo en cuestión.









acondicionados o calentadores, secadores de pelo, calculadoras, baterías de coche, o cualquier otro motor como tractores, camiones, aviones, motonetas, lanchas, motos de agua, relojes. Es muy amplio el uso de las celdas electroquímicas. La combinación de celdas solares con celdas electroquímicas, es otro uso. Se está experimentando el uso de otro tipo de celdas electroquímicas que usen alcohol

Impacto ambiental por el uso de las pilas Pilas, baterías y micropilas que a diario invaden nuestros hogares. Las radios, linternas, reloj, walkman, cámaras fotográficas, calculadoras, juguetes, computadoras son solo una pequeña muestra de una enorme lista de productos que emplean estas fuentes de energía (pilas), siendo la razón de su éxito comercial la autonomía de la red eléctrica, o sea ser un objeto portátil Las pilas son arrojadas con el resto de la basura domiciliaria, siendo vertidas en basureros, ya sean a









El mecanismo de movilidad a través del suelo, se ve favorecido al estar los metales en su forma oxidada, estos los hace mucho más rápido en terrenos salinos o con PH muy ácido.

EXPERIMENTO Pila de Daniel

Las pilas tienen dos electrodos que suelen ser dos metales (en nuestro caso la tira de zinc o de magnesio y cobre) y un electrolito, que es la sustancia que permite conducir la corriente eléctrica (en nuestro caso es el vinagre). La pila de Daniel tiene una intensidad de corriente muy baja por lo que sólo podemos hacer funcionar algo que requiera una potencia muy pequeña, como es el caso del LED. Reacción química producida en la pila de Daniel

Esta pila esta formada por una lámina de cobre y otra de zinc introducidas en una











En cuanto a la reacción del ánodo (electrodo con carga negativa), se tiene una reacción de oxidación, puesto que el zinc pierde electrones, la reacción que representa este esquema esta descrita por: Zn0

Zn+2 +2e-

Cuál significa que la barra de zinc pierde peso. Por lo tanto en la pila se esta produciendo una reacción de oxidación y otra de reducción

Materiales que se necesitan para fabricar la pila de Daniel









CONCLUCIONES: 

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la electroquímica está basada en las reacciones de oxido-reducción, donde se produce un cambio en los números de oxidación de los elementos implicados. El uso del puente salino es de vital importancia puesto que concentra las disoluciones y evita que se mesclen, además evita el potencial de unión. La fem medida es la suma de los dos potenciales electrónicos.









Bibliografía (2007), Uso De Reacciones Redox En La Medicina, recuperado el 30 de Abril de 2012, desde http://quimicaredox.blogspot.mx/2007/11/uso-de-reacciones-redox-en-medicina_29.html López Oscar, (2010), Celdas Electroquímicas, recuperado el 30 de Abril de 2012, desde http://quimica.laguia2000.com/general/celdas-electroquimicas La guía de química 200, A.C (2011) Celdas electroquímicas, recuperado el 29 de abril del 2012,

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