LA ELECTROQUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA RESUMEN La electroquímica es una parte importante de la química, incluida en la mayoría de los temarios de diversas ciencias experimentales. Las reacciones químicas con trans transfer ferenc encia ia de ele elect ctro rones nes apare aparece cen n en numer numerosa osass situac situacion iones es de la vida vida cotidiana y constituyen un aspecto muy importante en las reacciones reacciones biológicas. A pesar de su importancia, la electroquímica suele ser percibida por los estudiantes con dicu diculta ltad d pues pues incluy incluye e concep conceptos tos algo algo abstra abstracto ctos, s, como como el de potenc potencial ial eléctr elé ctrico ico,, que combin combinad ados os con los prop propios ios concep conceptos tos de químic química, a, tiende tienden n a desconcertar al alumno. El obetivo del presente trabao de investigación docente es la ela elaborac oració ión n de un porta ortafo follio de eem emplos plos en los los que apar parec ece e la electr ele ctroqu oquími ímica ca en el !m !mbit bito o cotid cotidian iano. o. El uso de bater baterías ías y acumu acumulad lador ores es es ampl am plia iame ment nte e co cono noci cido do.. "in "in em emba barrgo, go, es me meno noss co cono noci cido do el pape papell de la electroquímica en síntesis de gran importancia industrial como la del cloro, el aluminio o el nylon. La electroquímica aparece también entre los principios de func funcio iona nami mien ento to de dive divers rsos os bios biosen enso sorres es,, como como los los sist sistem emas as de cont contrrol de alco#o alco#olem lemia ia o glucos glucosa a en sangr sangre. e. Los Los ee eemp mplos los sel selecc eccion ionado adoss ser servir vir!n !n para para intro introduc ducir ir diver diversos sos aspect aspectos os de la ele electr ctroqu oquím ímica ica,, prete pretend ndien iendo do desper despertar tar el interés por esta parte de la ciencia.
INTRODUCCIÓN "implicio sabía que tenía que madrugar al día siguiente. "olía viaar muc#o, así que no era normal el desasosiego que le causaba este nuevo viae. Era como si tuvier tuviera a el prese present ntimi imient ento o de que algo algo inesp inespera erado do le iba iba a pasar pasar.. $ecesi $ecesitab taba a levantarse muy temprano si no quería perder el avión que le llevaría a su siguiente reunión de negocios. Antes de acostarse, repasó mentalmente mentalmente si estaba todo listo. %omo buen usuario de la tecnología actual, llevaba en su móvil el código de acce ac ceso so para para pasa pasarr a la sala sala de em emba barrque que sin sin rea eali li&a &arr la cons consab abid ida a cola cola en facturación. 'uso 'uso en marc#a la alarma de su teléfono móvil a una #ora prudencial, seis de la ma(ana, para coger el avión sin problemas y se abandonó en los bra&os de )orfeo. *+urante esa noc#e la Electroquímica desapareció de la fa& de la ierra ierra- "implicio, obviamente, no se dio cuenta, ya que estaba en el meor de los mundos. "in embargo, a las siete se despertó bruscamente, con el presentimiento de que algo iba mal. *La alarma no #abía sonado- Lógico, la desaparición de la Electroquímica Electroquímica elimina cualquier forma de pila del mundo de los vivos y, por tanto, su móvil no funcionaba. funcionaba. )aldiciéndolo, "implicio se apresuró como un loco al ba(o y comen&ó a afeitarse. /ué pasa0, Aparte de que la batería de la m!quina de afeita afeitarr ya no funcio funciona, na, ni siqui siquiera era enc#uf enc#uf!nd !ndola ola logra lograba ba afeita afeitars rse, e, pues pues sus sus cuc#illas y cabe&ales #abían desaparecido. *Lógico también-1 su fabricación se #ace por métodos electroquímicos, por un proceso llamado electromecani&ado. 2!pi 2! pida dame ment nte e busc buscó ó una una cuc# cuc#il illa la ma manu nual al,, per pero las las cuc# cuc#il illa lass no tení tenían an lo. lo. $uevam $uevament ente e lógico lógico,, las cuc#i cuc#illa llass actual actuales es se fabric fabrican an por el mismo mismo métod método o anteri anterior or.. *$o import importa3e a3exc xclam lamó3 ó3 iré iré sin afeita afeitarr- 4 nuest nuestro ro "impl "implici icio o se lan&ó lan&ó escaleras abao en busca de un taxi para ir al aeropuerto. Las calles estaban
silenciosas y no #abía ning5n tr!co, o m!s bien, solamente circulaban coc#es muy antiguos. Evidentemente, la desaparición de la Electroquímica eliminó las baterías de arranque de los coc#es y los coc#es modernos no poseen la posibilidad de arrancarlos con una manivela. *A ver quién es el guapo que es capa& de mover los cilindros de un coc#e actual con la compresión que tienen- Afortunadamente para él, logró que el conductor de un coc#e antiguo, que sabiamente #abía puenteado los conectores del coc#e a la bobina, se apiade de su situación y lo lleve al aeropuerto. A todo correr llegó al mostrador de facturación donde la persona encargada le comunicó amablemente que existía un retraso por problemas de interconexión ya que, extra(amente, las baterías no funcionaban. Adem!s, el precio del billete se #abía multiplicado por un factor muy elevado, por causas obviamente aenas a la voluntad de la empresa, y debía pagar un suplemento. 'asmado por el #ec#o, preguntó la ra&ón y se le informó de que el coste de amorti&ación del avión se #abía disparado, ya que así lo #abía #ec#o el precio del aluminio. 4a no era posible sinteti&arlo por electrolisis, como se logró a nales del siglo 676. Antes de esta síntesis, el aluminio era un metal tan caro como el oro y prueba de ello era que la cubertería de algunos nobles era de aluminio y que, como regalo de extraordinario valor, el obelisco de 8as#ington est! rematado por una pir!mide *de aluminio- "in la electroquímica, la síntesis del aluminio debe reali&arse por otros medios y a#ora el aluminio empleado para la construcción del avión provenía de una síntesis química. *$o importa, 3exclamó "implicio3 necesito viaar- 4 pagó el correspondiente recargo. Llegó corriendo al mostrador de salida, pero allí le informaron de que el vuelo se #abía anulado. 'reguntada la ra&ón, la contestación fue que las turbinas de los motores de aviación, para evitar el estrés mec!nico, se fabricaban también por electromecani&ado, pero las que en aquel momento montaban el avión, se #abían convertido milagrosamente en turbinas fabricadas por métodos diferentes que causaban estrés en la pie&a y que por tanto, antes de dar el visto bueno para el vuelo, debían desmontarlas y comprobar su funcionamiento. Agobiado por la situación, decidió entrar al ba(o a refrescarse y beber un poco de agua. $ada m!s entrar le sorprendió un olor muy desagradable, como si estuviera muy sucio. Abrió el grifo y ec#ó un trago de agua. *'ua- Ese sabor no presagiaba nada bueno, seguro que en un rato se iba a encontrar bastante mal del estómago. *"in electroquímica, no #ay cloro, ni leía para desinfectar el agua- %ansado y sin comprender bien lo que #abía sucedido, volvió a su casa, *andando, lógicamente, ya que ni metro ni taxis ni autobuses funcionaban- Llegó a casa cansado e intentó abrir la puerta. $uestro "implicio se dió cuenta, con gran y desagradable sorpresa, de que le era imposible abrir la puerta *"e #abía convertido en un espíritu y no tenía entidad material- 9abía pasado a lo que com5nmente, pero nunca bien comprendido, se denomina una meor vida, y no podía manear una llave. *otalmente lógico, el impulso nervioso y los latidos del cora&ón son fenómenos electroquímicos y por esa ra&ón, él estaba muerto, yo no #e podido escribir este texto corto ni t5, amable lector, tampoco lo #as podido leer. "in la electroquímica, ninguno de los tres existimos La importancia de una %iencia o ecnología suele ser difícil de demostrar o de medir 1 su aceptación por la sociedad se basa en sus logros, y si estos no son llamativos, pasar! desapercibida. Este puede ser el caso de la Electroquímica. El cuento breve que antecede esta introducción intenta re:exionar sobre algunos de
los aspectos de la vida cotidiana en los que la electroquímica tiene una participación importante. +e esta forma, re:exionando sobre qué pasaría si no existiera la electroquímica, se pone de maniesto la #uella que esta ciencia #a deado ;y sigue deando< en nuestras vidas, especialmente en la era de la información de la sociedad actual, en la que móviles, 7pad, port!tiles etc., uegan un papel tan importante. La electroquímica es una parte importante de la química. A nivel académico, encuentra su #ueco en la mayoría de los temarios, tanto de cursos generales de grados en diversas ciencias experimentales como en el propio grado de química. Las reacciones químicas con transferencia de electrones aparecen en numerosas situaciones de la vida cotidiana y constituyen un aspecto muy importante de las reacciones biológicas. A pesar de su importancia, la electroquímica suele ser recibida por los estudiantes con dicultad ;y muc#as veces con desagrado<. La mayor parte de las veces, los temas de electroquímica se limitan a explicar las pilas en equilibrio y su relación con la espontaneidad de las reacciones de transferencia electrónica ;reacciones redox<. En muc#as ocasiones se fracasa en transmitir la verdadera importancia de esta ciencia y sus implicaciones en otras ciencias, así como sus aplicaciones en la vida real. Esto #a #ec#o que, tradicionalmente, el conocimiento sobre electroquímica en los egresados y egresadas de grados de química y otras ciencias experimentales sea con frecuencia inferior al que debería corresponder con la importancia de la materia. Esta situación tiende a perpetuarse si el propio profesorado no es experto en electroquímica y arrastra las deciencias que afectaron su periodo formativo en este campo. El obetivo del presente trabao de investigación docente es la elaboración de un portafolio de eemplos, en los que aparece la electroquímica en !mbitos m!s o menos cotidianos, que pueda suplir las deciencias formativas del profesorado en esta materia y facilitarle la tarea de trasmitir al alumnado la verdadera importancia de esta parte de la química. "e comen&ar! con un repaso de las primeras apariciones de la electroquímica en la #istoria antigua ;batería de =agdad<, se describir!n brevemente los orígenes de la electroquímica moderna y sus implicaciones en el desarrollo de otras ciencias1 nalmente se presentar! una selección de algunas aplicaciones modernas. En este sentido, el uso de baterías en la vida moderna es ampliamente conocido por el alumnado. "in embargo, es menos conocido el papel de la electroquímica en síntesis de gran importancia industrial como son la síntesis del cloro o la síntesis del aluminio. La electroquímica también aparece entre los principios de funcionamiento de diversos biosensores, como son los sistemas de control de alco#olemia o en los sensores de glucosa para pacientes con diabetes. 2. ORÍGENES DE LA ELECTROQUÍMICA Aunque se toma la publicación por parte de >olta de su famosa pila en ?@ como el #ito #istórico que marca el comien&o de la electroquímica en la era moderna, existe alg5n eemplo de uso de la electroquímica en la #istoria antigua. Bno de los eemplos que m!s #a llamado la atención es la llamada pila de =agdad. "e conoce con este nombre a una serie de obetos que se descubrieron en ?CD, en una tumba cerca de =agdad, por unos trabaadores del ferrocarril iraquí. Los obetos datan del imperio parto, que comen&ó FG a(os antes de %risto y terminó unos G a(os después. %onsiste en una serie de vasias de cer!mica, de unos ?H cm de alto por H cm de di!metro, en cuyo interior #ay unos cilindros de cobre que contienen unas puntas de #ierro. Los cilindros de cobre estaban sellados a las vasias con un aislante ;asfalto<, que también podría separar los dos metales.
$o se sabe cu!l era su uso, pero introduciendo un electrolito en el interior de las vasias aparece una diferencia de potencial entre los dos metales y se genera una peque(a corriente si se conectan los electrodos de forma adecuada. En la antigIedad se podría #aber usado &umo de frutas o vinagre como electrolito. "e #a propuesto que estas vasias pudieran ser baterías utili&adas para dorar metales o para reali&ar descargas eléctricas en aplicaciones médicas. Aunque la interpretación resulte controvertida, se #a creído interesante una mención a estos obetos. %omo se #a dic#o, la fec#a que se toma como nacimiento de la electroquímica es la de ?@ ;F de mar&o de ?@, para ser exactos<, a(o en que >olta publica su famosa pila constituida por discos de plata y &inc separados por papel impregnado en una disolución salina. Este #alla&go marca no solo el nacimiento de la electroquímica sino también el despegue de los estudios sobre la corriente eléctrica. Antes de la existencia de las baterías, los investigadores solo disponían de la electricidad est!tica como fuentes de corriente eléctrica. Es cierto que unos a(os antes, Jalvani #abía generado electricidad introduciendo metales en el cuerpo diseccionado de una rana. $o obstante, Jalvani falló en la interpretación de este #ec#o, al considerarlo un fenómeno particular de los seres vivos y lo llamó electricidad animal. "in embargo, fueron estos experimentos los que atraeron a >olta #acia la electroquímica. La pila de >olta atrao notable interés entre los cientícos de la época. anto es así que incluso antes de que se publicara su trabao, los cientícos $ic#olson y %arlisle reprodueron el trabao de >olta y reali&aron por primera ve& la electrolisis del agua. Jracias a que $ic#olson poseía su propia revista, consiguió publicar su trabao incluso antes de que apareciera el de >olta. Afortunadamente esto no le #a quitado el crédito merecido al cientíco italiano. an solo unos a(os después de la invención de la pila, +avy logró aislar varios elementos alcalinos y alcalinotérreos mediante el paso de corriente a través de sales fundidas ;al tener potenciales de reducción muy negativos, estos metales no se pueden sinteti&ar por reducción de sus iones en disolución acuosa pues se reduciría el agua en su lugar<. +urante las primeras décadas del siglo 676 se propusieron varias alternativas a la pila de >olta. Bna de ellas fue la pila +aniell, que usaba cobre y &inc y que obtuvo bastante aplicación en el desarrollo del telégrafo ;una aplicación de la electricidad que no #ubiera sido posible sin la pila de >olta<. La pila +aniell se #a convertido en el eemplo favorito de la mayor parte de los libros de texto ;aunque bao un estricto concepto termodin!mico no es una pila reversible<, cuando tratan el tema de pilas y reacciones redox. En ?@H Jrove publicó su famosa pila de combustible basada en la recombinación de #idrógeno y oxígeno. 'or otro lado, Jrove también inventó una pila compuesta por &inc en sulfato de &inc y platino en !cido nítrico, que también encontró su aplicación en el telégrafo. La electrolisis del agua creó muc#a confusión en su momento, no tanto porque se pudiera descomponer el agua en sus componentes, #idrógeno y oxígeno, sino porque la aparición de ambos gases se produera en electrodos separados. En esa época se esperaba que, si se disocia una molécula en sus componentes por efecto de la electricidad, ambos productos aparecieran en el mismo sitio. 'ara explicar esta aparente contradicción, Jrott#uss propuso su famoso mecanismo de migración de los iones, de forma que cada ion se encuentra en todo momento unido a un ion de signo opuesto, de modo que las moléculas se mantienen neutras en todo momento aunque puntualmente se disocian para intercambiarse los iones con las moléculas adyacentes. Este mecanismo o alguno similar fue aceptado durante alg5n tiempo, neg!ndose la posibilidad de la existencia de iones individuales en la disolución. 9oy en día se sabe que esto no es así, aunque este
mecanismo describe bastante bien el modo en el que ion 9K difunde a través de la disolución saltando de una molécula de agua a otra. La disponibilidad de una fuente continua de electricidad atrao el interés de muc#os cientícos para estudiar los fenómenos eléctricos, lo que llevó a descubrir la relación entre electricidad y magnetismo, ;ersted, ?@F, Ampere, ?@FD<, la inducción electromagnética ;Maraday, ?@D?<, la invención del motor y de la dinamo. Bno de los grandes cientícos que trabaó en el campo de la electrolisis fue Maraday, quien formuló sus famosas leyes de la electrolisis. +e #ec#o fue Maraday quien introduo los términos electrodo, electrolito y electrolisis, así como los de anión y catión ;a sugerencia de sus amigos 8#itlocN $ic#oll y 8illiam 8#eOell< 3. APLICACIONES DE LA ELECTROQUÍMICA EN LA ACTUALIDAD 3.1. Baterías Las baterías aprovec#an la tendencia natural de muc#as sustancias de aceptar o ceder electrones durante ciertas transformaciones químicas. "i se combina una sustancia con tendencia a ceder electrones ;reductor< con otra sustancia !vida de captarlos ;oxidante< se produce espont!neamente una reacción de óxido3 reducción o reacción redox. "i las sustancias se ponen en contacto directo la transferencia de electrones no es aprovec#able y la 5nica energía intercambiada se producir! en forma de calor. "in embargo, separando el oxidante y reductor en compartimentos distintos, se puede lograr el tr!nsito de electrones a través de un circuito externo, obteniéndose así energía eléctrica 5til. +entro del grupo de baterías primarias o pilas cabe destacarP La !"a Le#"a$#%& '!"a sa"!$a(P #asta #ace pocas décadas era la pila m!s utili&ada. 9oy en día #a sido casi totalmente sustituida por su modalidad alcalina. El polo positivo est! compuesto por dióxido de manganeso me&clado con carbón para meorar la conductividad eléctrica1 el negativo es una placa de &inc. Las reacciones que se producen en los electrodos sonP %!todoP F)nF K F9F K Fe Q F)n9 K F93 RnodoP Sn K F$9H%l K F93 QSn;$9 D
condiciones las reacciones de transferencia electrónica son m!s r!pidas y por tanto la pila proporciona una mayor potencia. 'or este motivo, la variedad alcalina est! eliminando a la salina del mercado. %!todoP )nF K F9F K Fe3 Q F)n;9< F K F93 RnodoP Sn K H93 Q SnFF3 K F9F K Fe3 En este modelo de pilas la carcasa es de acero, el c!todo se encuentra en el exterior y el !nodo est! formado por un polvo de &inc, a diferencia de las pilas salinas descritas anteriormente. 'or eso es m!s raro que una pila moderna tenga fugas de electrolito. Baterías "!t!)* +,!-) -e a$/a$es). La reacción global de la célula esP F)nF K FLi Q )n FD K LiF El c!todo es un polvo de dióxido de manganeso y el !nodo un electrodo de litio. "on las famosas pilas botón que llevan el preo %2 en su nombre, como la %2FFD +e entre las baterías secundarias o recargables, las m!s importantes sonP Batería -e 0#!-a -e "))P 7ntroducida en ?@GC por Jastón 'lanté está basada en las siguientes reacciones
El electrodo positivo es, inicialmente, una pasta de 'b sobre una malla de plomo empapado en !cido sulf5rico. "e a(ade "n, "b, %a o "e para meorar las propiedades mec!nicas. El electrodo negativo se construye usando la misma pasta, a la que se a(ade aditivos org!nicos ;!cido lignosulfónico< y =a" H para evitar la formación de cristales gruesos de 'b" H ;sulfatación<. Estos electrodos preformados se electroli&an durante una primera carga en f!brica para formar el 'bF en el electrodo positivo y una espona de plomo altamente porosa en el electrodo negativo. ípicamente, seis células en serie proporcionan los ?F > necesarios. Las reacciones durante la carga compiten con la formación de 9 F y F. 'ara evitarlas se a(ade aditivos y se sustituye el "b del electrodo positivo por %a o "rU"nUAl ;baterías sin mantenimiento<. Baterías -e N!MP la reacción global consiste en la intercalación y desintercalación de #idrógeno en ambos electrodos. Aunque ya #an sido reempla&adas en todos los dispositivos electrónicos port!tiles por las baterías de ion litio, son las baterías que actualmente se emplean en los coc#es #íbridos. odavía se pueden adquirir como baterías cilíndricas AA y AAA para reempla&ar las pilas alcalinas. Baterías -e !)$ L!P est!n basadas en el movimiento de los iones litio desde el !nodo #asta el c!todo, formando compuestos de intercalación en ambos
electrodos con distinto potencial electroquímico. Los !nodos son normalmente de grato, mientras que el c!todo est! formado por un óxido met!lico, siendo el m!s com5n un óxido de cobalto. Estas baterías #an sufrido una r!pida expansión desde su incorporación al mercado de los peque(os equipos port!tiles, como teléfonos móviles, ordenadores port!tiles, c!maras digitales, reproductores de m5sica, etc 3.2. B!)se$s)res Bn biosensor es un dispositivo analítico formado por un bioreceptor para la detección de especies biológicas ;analitos< y un transductor que convierte la se(al biológica en una se(al eléctrica medible. Esta se(al es proporcional al compuesto que se quiere detectar y puede contener información de tipo cuantitativo y cualitativo. El primer biosensor de glucosa fue descrito por %larN y Lyons en ?CF. El primer electrodo de en&imas de %larN fue dise(ado por 4elloO "prings 7ndustries. Los dispositivos que funcionan con este tipo de electrodos se denominan biosensores de primera generación. En el caso concreto del biosensor de glucosa la en&ima glucosa oxidasa act5a como bioreceptor catali&ando la siguiente reacciónP Jlucosa K F Q !cido glucónico K 9 FF 'osteriormente el 9FF presente en la supercie de un electrodo de platino ;electrodo de %larN< se oxida a V m> ;vs E%"< y produce una corriente eléctrica directamente proporcional a la concentración de glucosa presente en la muestra. En función del modo o principio que rige el funcionamiento de los biosensores de glucosa estos se clasican en P 3 Se$s)res Aer)&tr!#)sP determinan la concentración de oxígeno o peróxido de #idrógeno y la convierten en corriente eléctrica. 3 Se$s)res P)te$#!)&tr!#)sP detectan el cambio de p9 causado por el !cido glucónico producido y lo convierten en una diferencia de potencial. 3 tros se$s)res $) e"e#tr)í!#)s se basan en técnicas ópticas o espectroscópicas ;espectroscopia 72, espectroscopía 2aman, cromoscopía, polarimetría, tomografía de co#erencia óptica, infrarroo térmico, espectroscopia de oclusión, espectroscopia foto ac5stica, :uorescencia< o transcut!neas ;iontoforesis invertida, sonoforesis, ampollas de succión, espectroscopia de impedancias<. En la actualidad se est!n destinando grandes esfuer&os en investigación para dise(ar biosensores de glucosa en los que las interferencias del ruido y el oxígeno sean menores pero que operen también en modo continuo, permitiendo así monitorear el nivel de glucosa intersticial indicando si #ay riesgo o no por #ipoglucemia en el paciente. 9an surgido así los biosensores de segunda generación que utili&an especies donadoras y aceptoras de electrones llamadas mediadores cuyo potencial de oxidación es menor que el del peróxido de #idrógeno y que catali&an la siguiente reacciónP Jlucosa K F ) x Q !cido glucónico K F ) 2ed K F 9K Este mecanismo rige el funcionamiento de los test de glucosa cotidianos com5nmente empleados por miles de individuos en la actualidad.
3.3. S!steas -e #)$tr)" -e a"#)%)"e!a 4 Al reali&arse una prueba de alco#olemia, los alco#olímetros utili&an el aliento como método para averiguar la tasa de alco#ol en sangre ;A"<. Las concentraciones de alco#ol en la sangre y en el aliento ;aire ex#alado de los alvéolos< est!n en equilibrio y pueden relacionarse mediante un factor denominado proporción de partición. "e #an fabricado muc#os alco#olímetros diferentes a lo largo de estos 5ltimos a(os, como es el caso de los que utili&an el cambio de color en una reacción química del etanol con dicromato pot!sico, los que usan sensores 72 para detectar las bandas típicas de absorción del etanol o los de cromatografía de gases, que permite separar me&clas de especies vol!tiles como el etanol. "in embargo, los dos alco#olímetros m!s vendidos en el mercado son los que tienen un sensor semiconductor y los que funcionan como una celda de combustible. Los sensores semiconductores miden la variación en la resistividad de un grano de óxido de esta(o al reaccionar con el etanol. ienen el inconveniente de que, a pesar de su bao coste, son imprecisos y poco ables si no se calibran periódicamente. Los alco#olímetros que utili&an sensores electroquímicos son muy aceptados actualmente. Estos dispositivos est!n formados por una peque(a celda de combustible de la cual se obtiene energía eléctrica a partir de una fuente externa de combustible y de oxígeno. En este caso, el aliento est! dirigido #acia la pila de combustible, que consta de dos electrodos de platino donde se genera la corriente eléctrica estudiadaP Las reacciones de los electrodos sonP RnodoP %9D%9F9 K 9F Q %9D%9 K H9K K He %!todoP F K H 9K K He Q F 9F Wunto al compartimento anódico se sit5a un detector que anali&a la corriente producida durante el consumo de etanol y que es utili&ada para calcular la cantidad de alco#ol presente en el aliento. Estos alco#olímetros presentan varias ventaasP i< "on los m!s precisos para indicar el A". 7i< ienen una alta especicidad y no tiene problemas de falsos positivos por acción de #umo de cigarrillo en las personas fumadoras o por la secreción de acetona en el caso de las personas diabéticas. 7ii< $o requiere muc#o mantenimiento ni ser calibrado con frecuencia. 7v< Al utili&ar la tecnología de las celdas de combustible, no se ven afectadas por compuestos químicos ni por otras especies contaminantes del medio ambiente. Adem!s, existen biosensores colorimétricos, capaces de detectar etanol, basados en la co3inmovili&ación de la en&ima alco#ol oxidasa ;A6< unto a la peroxidasa de r!bano ;92'<. Estos sensores utili&an la transferencia electrónica entre el 92' y un electrodo para calcular la cantidad de etanol presente. 3.5. Sí$tes!s E"e#tr)í!#a4 Existen numerosos eemplos de síntesis electroquímica tanto de compuestos org!nicos como inorg!nicos. La síntesis electroquímica posee numerosas ventaas, derivadas del uso del electrón como reactivo. Este es un reactivo barato, no genera gastos de almacenae ;solo la potencia contratada< y se le tiene en la cantidad que se desee. 'or otro lado, las reacciones electroquímicas suelen ser m!s selectivas, pues el potencial del reductor u oxidante se controla a voluntad, tienen lugar en condiciones m!s suaves de presión y temperatura y en caso de necesidad, la reacción se detiene simplemente desconectando la corriente eléctrica.
La sí$tes!s )r/0$!#a con mayor éxito es la del a-!)$!tr!"), un intermedio para la obtención del $ylon, a partir del acrilonitrilo, siendo por tanto una reacción de dimeri&ación. Mue desarrollada por =ai&er ;)onsanto en ?CG<. "u éxito se basó en un estudio de la in:uencia de los componentes de la disolución de partida, especialmente de lo que se conoce como electrolito soporte. %omo indica el siguiente esquema de reacciónP
tras la primera transferencia electrónica, se produce un radical libre que, si encuentra en sus proximidades a otro radical, dimeri&a ;es decir, se unen dos radicales<, produciendo adiponitrilo. "in embargo, el radical libre es muy reactivo y puede llevar a cabo otro tipo de reacción. Bna de ellas es la posible reacción con el agua de la disolución dando propionitrilo. "in embargo, en el proceso =ai&er, la presencia de sales de amonio en la disolución expulsa al agua de las cercanías del electrodo donde se produce la formación del radical libre. +e esta forma se facilita la reacción de dimeri&ación. Es pues un claro eemplo de cómo un estudio b!sico centrado en la estructura de una interfase electrodoUdisolvente puede devenir en un proceso industrial electroquímico. Lógicamente, con el paso de los a(os, la síntesis se #a optimi&ado pero siempre basada en el proceso de =ai&er. 7nicialmente se llevó a cabo en células dividas empleando c!todos de 'b y !nodos de 'bF y en presencia de tetraetil tosilato o sulfato de etilo Actualmente se #a optimi&ado y se emplea una célula no dividida con c!todo de cadmio y un electrolito soporte compuesto por un fosfato de #exametilen bis;dibutiletil3 amonio<. 'ara evitar la corrosión del electrodo se a(aden in#ibidores tales como ;$a9'H, $aF=HV, $aH3E+A<. Sí$tes!s -e a"!$!). El aluminio elemental fue producido por primera ve& en ?@FG por 9.%. ersted mediante la reducción de cloruro de aluminio por una amalgama de potasio y la posterior destilación del mercurio. )eoras posteriores en el proceso de obtención del aluminio introdueron el uso del sodio como agente reductor. A nales del siglo 676, el aluminio era considerado un metal extremadamente raro y precioso, #asta el punto de ser ex#ibido como tal en la exposición de 'aris de ?@GG. En esta época, el precio del aluminio era comparable al de la plata y $apoleon 777 usaba cubertería de aluminio en los banquetes de estado. tra indicación del elevado valor del aluminio en esa época es que este material se eligió en ?@@H para coronar el monumento a 8as#ington, ;la construcción m!s alta #asta la fec#a, posteriormente superada por la torre EiXel<, para cuyo propósito se fabricó una pir!mide de F.@ Ng de aluminio convirtiéndose en la mayor pie&a de aluminio creada #asta el momento. +urante los a(os @ del siglo 676 el aluminio se obtenía por reducción con sodio obtenido electrolíticamente. El sodio era caro y, por ende, el aluminio resultante también lo era. "in embargo, el proceso se fue perfeccionando llegando a producirse por este método varias toneladas de aluminio al a(o ;'roceso +eville, en #onor de 9enri "ainte3%laire +eville<. El precio del aluminio cayó espectacularmente tras la invención de un proceso de producción electrolítico en ?@@ ;usto F a(os después de completar el monumento a 8as#ington<. En este a(o, %#arles )artín 9all en #io y 'aul L.. 9eroult en 'arís solicitaron simult!neamente la patente de dic#o proceso, de forma independiente. Aunque el aluminio es el metal m!s abundantes en la corte&a terrestre ;@.DY en peso<, m!s abundante que el #ierro ;.FY<, se
encuentra casi exclusivamente en forma oxidada Al;777<. Al ser un metal muy electropositivo, con un potencial redox de 3?. >, resulta muy difícil transformarlo al estado elemental. %ualquier intento de reali&ar la electrolisis en medio acuoso solo produciría 9 F en lugar de aluminio. +e #ec#o, 9ump#ry +avy, descubridor del sodio, potasio y calcio, entre otros elementos, fracasó en el intento de aislar aluminio por métodos electrolíticos. $o es de extra(ar que existiera un gran interés por desarrollar un método barato para la producción de aluminio. "us interesantes propiedades met!licas, su reducido peso y elevada resistencia a la corrosión ya auguraban un amplio abanico de propiedades para lo que en la fec#a era un exótico material. +e #ec#o, $apoleon 777 nanció el trabao de +eville con la esperan&a de que el aluminio pudiera usarse como material para la construcción de armaduras ligeras. 'or tanto, no es de extra(ar que, con toda la comunidad cientíca trabaando en la meora del proceso, dos cientícos llegaran simult!neamente e independientemente a desarrollar el mismo método de producción de aluminio. )!s casualidad es que ambos cientícos tuvieran FF a(os en el momento de alcan&ar este descubrimiento. 9all solicitó la patente el C de ulio de ?@@. 'or otro lado, 'aul 9eroult obtuvo la patente francesa el FD de abril de ?@@ y #abía solicitado la patente americana en mayo. 9all tuvo que demostrar que #abía desarrollado el método con anterioridad a la solicitud de 'aul 9eroult para conseguir su patente. En ?@@@ 9all estableció una compa(ía para la fabricación de aluminio, ;'ittsburg# 2eduction %ompany<. En sus orígenes la compa(ía tenía F células electrolíticas operando con ?VG A y ? >, produciendo alrededor de F Ng de aluminio al día. En ?CV la compa(ía después pasó a llamarse ZAluminum %ompany of America[ o Alcoa. "e construyeron plantas en $iagara ;la síntesis consume una gran cantidad de energía< y en otros lugares donde la energía eléctrica #idr!ulica fuera barata. El proceso 9all39eroult de producción de aluminio se basa en la electrolisis de al5mina ;AlFD< disuelta en un ba(o fundido de criolita al cual se le a(aden otros aditivos para disminuir la temperatura de fusión ;composición eutéctica<. En los c!todos de carbón se produce la reducción del aluminio seg5nP AlDK K D e QAl %omo !nodo también se usan electrodos de carbón, que se oxidan para formar %F. 'or tanto, los !nodos se consumen y es necesario reempla&arlos periódicamente. Los !nodos de carbón proceden de coque de petróleo y alquitr!n solidicado por un proceso de recocido. "eg5n el tipo de recocido, las células de producción de aluminio son de dos tiposP unas usan !nodos cocinados aparte mientras que en las otras se a(ade el alquitr!n directamente en la célula donde, debido a las altas temperatura se produce el recocido Zin situ[. +urante el proceso de recocido se producen gases que, si este se #ace in situ, resultan m!s difíciles de gestionar. 'or ello, este tipo de células genera mayor n5mero de problemas medioambientales y est! tendiendo a desaparecer en favor de las que usan !nodos pre3cocidos. +urante la operación de la célula se producen algunos gases, en particular se produce :5or. En ocasiones estos gases se acumulan alrededor del !nodo creando altos sobrevoltaes. 'ara eliminarlos, un antiguo truco consistía en introducir una vara de madera verde. La madera a alta temperatura forma compuestos org!nicos que reaccionan r!pidamente con el :5or, elimin!ndolo de forma eciente.
5. CONCLUSIONES
Los eemplos anteriores no pretenden desarrollar los temas tratados en toda su extensión sino proporcionar una guía r!pida para dotar al profesorado de recursos
sucientes para transmitir al alumnado la importancia de la electroquímica en la sociedad moderna, así como en el desarrollo #istórico de la ciencia.
6. BIBLIOGRA7ÍA ?.3 T.W. Laidler. \#e c#emical #istory of a current], %an. W. %#em. VG ;?CCV< ?GGF. F.3 %.A. >incent. \=aterias modernas] EdOard Arnold ltd, ?C@ D.3 Electrodos para medir Jlucosa 'aola "ciarra Jatti ;FH<. H.3/uimi$et, #ttpPUUOOO.quiminet.com G.3 .2. =ecN. \^Electrolytic production of Aluminium] en "Electrochemistry Encyclopedia" ;#ttpPUUelectroc#em.cOru.eduUencyclU< .3 #ttpsPUUes.scribd.comUdocUCGDFGGFUAplicaciones3de3La3Electroquimica