ELECTROQUIMICA
ELECTROQUIMICA OBJETIVO: Estu Estudi diar ar el as aspe pect cto o cuan cuanti tita tati tivo vo de la el elec ectr trol olis isis is haciendo usote las leyes de FARADAY Conocerlas instalaciones de circuitos apropiados para medir medir y obtener obtener las constantes electroquím electroquímicas icas de los metales regular el paso de la corriente necesaria para llevar acabo la electrólis •
•
FUNDAMENTO TEÓRICO ELECTROQUÍMICA La electroquímica trata de los cambios químicos causados por una corriente elctrica y de la producción de energía elctrica por medi edio de reacciones químicas! "or su natu natura rale le#a #a$$ la elect electrroquí oquími mica ca e%ig e%ige$ e$ de algu alguna na ma maner nera$ a$ intr ntroduc oducir ir una una co corrrien rientte de el elec ectr tron ones es en un sist sistem ema a químico y tambin de retirarlos! El sistema reaccionante est& en una celda y la corriente elctrica entra y sale por los electrodos! 'ay dos tipos de celdas electroquímicas(
CELDAS ELECTROLÍTICAS ELECTROLÍTICAS )on aquellas en las que la corriente elctrica hace que se produ#can reacciones no espont&neas!
CELDAS CELD AS VOLT VOLTÁICAS ÁIC AS La energía liberada en cualquier reacción redo% espont&nea se puede aprovechar directamente para reali#ar un traba*o elctrico! Esta tarea se lleva a cabo a travs de una celda volt&ica volt&ica +o galv&nica, galv&nica,$$ la cual no es mas que un sistema sistema en el que los electrones trans-eridos son -or#ados a pasar a travs de una vía e%terna$ en ve# de actuar directamente entre los reactivos!
CONDUCCIÓN ELÉCTRICA
ELECTROQUIMICA
La corriente elctrica puede ser transportada a travs de líquidos puros que sean electrólitos$ o de soluciones que contengan elec ecttrólitos$ o de alam amb bres o super.cie cies met& me t&li lica cas! s! Este Este /lti /ltimo mo tipo tipo de co cond nducc ucció ión n se deno denomi mina na cond co nduc ucci ción ón me met& t&li lica ca e impl implic ica a un 0u*o 0u*o de el elec ectr tron ones es a trav travs s del del me meta tall sin sin ning ning/n /n movi movimi mien ento to simi simila larr de lo loss &tomos met&licos1 por ello no se producen cambios en el metal! La conducción iónica o electrolítica es la conducción de la corriente por el movimiento de los iones a travs de una una so solu luci ción ón o de un líqu líquid ido o pur puro! Los io ione ness posi positi tivo voss +cati +cation ones, es, migr migran an es espo pont nt&n &nea eame ment nte e haci hacia a el elec electr trod odo o nega negati tivo vo llam llamad ado o c& c&to todo do$$ mien mientr tras as que que lo loss nega negati tivo voss +aniones, migran hacia el positivo llamado &nodo! Ambos tipos de conducción +met&lica e iónica, se producen en las celdas electroquímicas! electroquímicas!
ELECTRODOS Los electrodos suelen ser super.cies met&licas en las que se producen reacciones de o%idación o de reducción$ y ellos pueden intervenir o no en dichas reacciones! Los que no lo hace hacen n se deno denomi mina nan n el elec ectr trod odos os iner inerte tes! s! )in )in toma tomarr en cuenta el tipo de celda$ volt&ica o electrolítica$ el c&todo es el electrodo en el que se originan las reducciones y en el que que algu algunas nas es espe peci cies es toma toman n elec electr tron ones es!! El &nod &nodo o es el electrodo en el que se producen o%idaciones y donde las especies pierden electrones!
CELDAS ELECTROLÍTICAS ELECTROLÍTICAS )on celdas en las que la corriente elctrica -uer#a a que se prod produ# u#ca can n rea eacc ccio ione ness quím químic icas as no es espo pont nt&n &nea eas! s! Este Este proceso se llama electrólisis! 2na celda electrolítica consta de un rec ecip ipie ient nte e m& m&ss dos dos el elec ectr trod odos os sume sumerrgido gidoss en el material reaccionante que se encuentran conectados a una -uente de corriente contínua! )uelen emplearse electrodos iner inerte tess que no inte interv rvie iene nen n en la rea eacc cció ión n quím químic ica! a! 2n e*em e* empl plo o de este este tip tipo de celda celda es la ELECTRÓLISIS DEL CLORURO DE SODIO FUNDIDO (CELDA DE DOWNS)
El cloruro sódico sólido no conduce la electricidad debido a que sus iones no pueden moverse debido al tipo de cristal
ELECTROQUIMICA
que -orman$ aunque pueden vibrar alrededor de posiciones .*as! )in embargo$ el cloruro sódico -undido +punto de -usión 3 456 7C,$ que es un líquido claro e incoloro como el agua$ es un conductor e%celente pues sus iones sí pueden moverse! )ea una celda a la que se conecta una -uente de corriente contínua y que consta de dos electrodos inertes de gra.to sumergidos en cloruro de sodio a temperatura superior a la de su punto de -usión! Cuando comien#a a 0uir la corriente se observa( 6! En un electrodo se libera un gas verde p&lido$ el Cl8! 8! En el otro electrodo aparece sodio met&lico$ plateado y -undido$ 9a que 0ota sobre el cloruro sódico!
)eg/n esta in-ormación$ pueden determinarse las características principales de la celda( si aparece cloro$ debe producirse a partir de la o%idación de los iones cloruro$ y el electrodo en que aparece ser& el &nodo! El sodio met&lico se -orma a partir de la reducción de los iones sodio en el c&todo$ lugar en el que los electrones son -or#ados a entrar en la celda! El metal permanece líquido 0ota por ser menos denso que el cloruro sódico -undido!
ELECTROQUIMICA
La -ormación de sodio met&lico y cloro gaseosos a partir del cloruro sódico no es espont&nea sino a temperaturas mucho m&s altas de 456 7C1 por lo cual debe suministrarse mucha energía elctrica al sistema para que la reacción se produ#ca! Los electrones se -orman en el &nodo +o%idación, y se consumen en el c&todo +reducción,! La reacción no es espont&nea$ por ello la -uente de corriente contínua -uer#a a que los electrones se muevan de manera no espont&nea del electrodo positivo al negativo! "or lo tanto$ el &nodo es el electrodo positivo y el c&todo el negativo en todas las celdas ELEC:R;L<:=CA)!
LEY DE FARADAY En 64>> ?ichel Faraday observó que la cantidad de sustancia o%idada o reducida durante la electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a travs de la celda! Esta es la primera LEY DE FARADAY DE LA ELEC:R@L=)=)! La unidad cuantitativa de electricidad$ llamada Faraday$ es la cantidad de electricidad que reduce un peso equivalentegramo de una sustancia en el c&todo y o%ida un peso equivalentegramo de una sustancia en el &nodo! Esto corresponde a la ganancia o prdida$ respectivamente$ y por lo tanto a la masa de un mol de electrones + ,! El coulomb es la unidad de electricidad que con mayor -recuencia se emplea en -ísica y electrónica! )e de.ne -ormalmente como la cantidad de carga trans-erida cuando un ampere 0uye durante un segundo$ y es equivalente a la cantidad de electricidad que depositan 5$556664 gramos de plata en el c&todo$ durante la electrólisis de una solución acuosa de iones plata AgB sin límite de tiempo! "or lo tanto$ un ampere de corriente es igual a un coulomb por segundo! 2n Faraday es igual a 4 coulombs de carga! 6 amperio 3 6 coulomb G segundo
ELECTROQUIMICA
6 Faraday 3
electrones 3 4 coulombs
Las Leyes de Faraday se pueden enunciar como( 6! La cantidad de sustancia depositada o disuelta es proporcional a la cantidad de electricidad +H, que ha pasado! 8! Las cantidades de di-erentes sustancias depositadas o disueltas por una misma cantidad de electricidad$ son proporcional a su peso equivalente! "or lo tanto las Leyes de Faraday son( durante la electrólisis$ un Faraday de electricidad +4 coulombs, reduce y o%ida$ respectivamente$ un peso equivalente gramo de los agentes o%idante y reductor! Esto se corresponde con el paso de electrones por la celda!
CELDAS VOLTÁICAS O GALVÁNICAS Las celdas voltaicas o galv&nicas son celdas electroquímicas en las cuales las reacciones espont&neas de ó%idorreducción producen energía elctrica! Las dos semirreacciones est&n separadas por lo que se -uer#a a que se produ#ca la trans-erencia electrónica mediante el paso de los electrones por un circuito e%terno! Así se obtiene energía elctrica utili#able! )on celdas voltaicas las pilas secas que com/nmente empleamos en radios$ *uguetes$ 0ashes -otogr&.cos$ etc! Las baterías de los automóviles tambin lo son! 2na celda volt&ica o galv&nica consta de semiceldas que contienen las -ormas o%idada y reducida de un elemento$ u otras especies mas comple*as$ en contacto una con otra! 2n tipo com/n de semicelda consta de una pie#a met&lica +el electrodo, en contacto con una solución de sus iones! )upongamos dos semiceldas de ese tipo en vasos separados que contienen distintos elementos! El contacto elctrico entre las dos soluciones se hace mediante un puente salino! 2n puente salino es cualquier medio en el que los iones pueden moverse con -acilidad! El puente salino cumple dos -unciones( evita que se me#clen las soluciones de los electrodos y permite el contacto elctrico
ELECTROQUIMICA
entre las dos soluciones$ y con esto cierra el circuito elctrico!
PILA DE DANIELL Celda al!"#$%a %&# la 'ea%%$(# e):
En el esquema anterior se observa una celda -ormada por dos semiceldas$ una con un alambre de cobre met&lico sumergido en una solución 6$5 ?olar de sul-ato de cobre +==,$ y la otra con un alambre de cinc sumergido en una solución 6$5 ?olar de sul-ato de cinc +==,! Los electrodos est&n conectados entre sí con un alambre$ y las soluciones mediante un puente salino! )e puede insertar tambin un voltímetro para medir la di-erencia de potencial entre los dos electrodos$ o un amperímetro para medir el 0u*o de electricidad! La corriente elctrica es el resultado de la reacción redo% espont&nea que se produce$ y adem&s puede medirse la di-erencia de potencial en las condiciones de estado normal +est&ndar,! 2na ve# montada la celda se pueden hacer las siguientes observaciones: 1.El volta*e inicial es de 6$65 volts! 2.El electrodo de cobre aumenta de peso y disminuye la
ELECTROQUIMICA
concentración de CuB8 en las cercanías del electrodo al hacer -uncionar la celda! 3. El electrodo de cinc disminuye de masa y la concentración de InB8 aumenta en sus cercanías! Las celdas voltaicas o galv&nicas se representan en -orma breve de la siguiente manera(
POTENCIALES NORMALES DE ELECTRODO Los
potenciales de las celdas normales cinccobre y cobreplata $ son respectivamente 6$65 volts y 5$ volts! La magnitud del potencial de una celda es una medida directa de la espontaneidad de su reacción redo%! "otenciales elevados +muy positivos, indican mayor espontaneidad! En condiciones est&ndares$ la o%idación del cinc met&lico por los iones cobre +==,$ CuB8$ est& mas -avorecida que la o%idación del cobre met&lico por los iones plata +=,$ Ag B! )ería deseable separar las contribuciones individuales al potencial de las dos semirreacciones! En esta -orma$ podrían determinarse las tendencias relativas de las semirreacciones de o%idación o reducción concretas$ para producirse! Esas in-ormaciones servirían de base
ELECTROQUIMICA
cuantitativa a la hora de conocer las -uer#as especí.cas de los agentes o%idantes o reductores! ?ichael Faraday$ Huímico ingls considerado el -undador de la electroquímica actual!
Ele%*'&+,-.$%a es una rama de la química que estudia la trans-ormación entre la energía elctrica y la energía química!6 En otras palabras$ las reacciones químicas que se dan en la inter-ace de un conductor elctrico +llamado electrodo$ que puede ser un metal o un semiconductor, y un conductor iónico +el electrolito, pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales$ un sólido!8 )i una reacción química es conducida mediante una di-erencia de potencial aplicada e%ternamente$ se hace re-erencia a una electrólisis! En cambio$ si la caída de potencial elctrico$ es creada como consecuencia de la reacciones$ se conoce como un"acumulado de energía eléctrica"$ tambin llamado batería o celda galv&nica! Las reacciones químicas donde se produce una trans-erencia de electrones entre molculas se conocen como reacciones redo%$ y su importancia en la electroquímica es vital$ pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad o en caso contrario$ son producidos como consecuencia de ella! En general$ la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de o%idación y reducción encontr&ndose separadas$ -ísicamente o temporalmente$ se encuentran en un entorno conectado a un circuito elctrico! Esto /ltimo es motivo de estudio de la química analítica$ en una subdisciplina conocida como an&lisis potenciomtrico!
ELECTROQUIMICA
Esquema de la "ila de Daniell! El puente salino +representado por el tubo en -orma de 2 invertida, contiene una disolución de JCl permitiendo la interacción elctrica entre el &nodo y el c&todo! Las puntas de ste deben estar tapadas con peda#os de algodón para evitar que la disolución de JCl contamine los otros contenedores! Las celdas electroquímicas tienen dos electrodos( El Knodo y el C&todo! El &nodo se de.ne como el electrodo en el que se lleva a cabo la o%idación y el c&todo donde se e-ect/a la reducción! Los electrodos pueden ser de cualquier material que sea un conductor elctrico$ como metales$ semiconductores! :ambin se usa mucho el gra.to debido a su conductividad y a su ba*o costo! "ara completar el circuito elctrico$ las disoluciones se conectan mediante un conductor por el que pasan los cationes y aniones$ conocido como puente de sal +o como puente salino,! Los cationes disueltos se mueven hacia el C&todo y los aniones hacia el Knodo! La corriente elctrica 0uye del &nodo al c&todo por que e%iste una di-erencia de potencial elctrico entre ambos electrolitos! Esa di-erencia se mide con la ayuda de un voltímetro y es conocida como el !&l*a/e de la %elda! :ambin se denomina 0,e'1a ele%*'&.&*'$1 20e.3 o bien como 4&*e#%$al de %elda!6 En una celda galv&nica donde el &nodo sea una barra de Iinc y el c&todo sea una barra de Cobre$ ambas sumergidas en soluciones de sus respectivos sul-atos$ y unidas por un puente salino se la conoce como "ila de Daniell! )us semireacciones son estas(
ELECTROQUIMICA
La notación convencional para representar las celdas electroquímicas es un diagrama de celda! En condiciones normales$ para la pila de Daniell el diagrama sería(
La linea vertical representa el limite entre dos -ases! La doble linea vertical representa el puente salino! "or convención$ el &nodo se escribe primero a la i#quierda y los dem&s componentes aparecen en el mismo orden en que se encuentran al moverse de &nodo a c&todo!6
P&*e#%$ale) e)*"#da' de 'ed,%%$(#
Esquema del EE'! 6! Electrodo de "latino 8! as 'idrógeno >! )olución de 'Cl +6?, ! )i-ón para prevenir la contaminación de o%ígeno M! Conector donde el segundo elemento de la celda debería ser conectada Es posible calcular el 4&*e#%$al e)*"#da' de 'ed,%%$(# de una celda determinada comparando con un electrodo de re-erencia! N&sicamente el c&lculo relaciona el potencial de reducción con la redo%! Arbitrariamente se le asignó el valor cero al electrodo de 'idrógeno$ cuando se encuentra en condiciones est&ndar! En dicho electrodo ocurre la siguiente reacción(
ELECTROQUIMICA
La reacción se lleva a cabo burbu*eando gas hidrógeno en una disolución de 'Cl$ sobre un electrodo de "latino! Las condiciones de este e%perimento se denominan estándar cuando la presión de los gases involucrados es igual a 6 Atm!$ traba*ando a una temperatura de 8M7C y las concentraciones de las disoluciones involucradas son igual a 6?!6 En este caso se denota que(
Este electrodo tambin se conoce como electrodo estándar de hidrógeno +EE', y puede ser conectado a otra celda electroquímica de inters para calcular su potencial de reducción!6 La polaridad del potencial est&ndar del electrodo determina si el mismo se esta reduciendo u o%idando con respecto al EE'! Cuando se e-ect/a la medición del potencial de la celda( •
•
)i el electrodo tiene un potencial positivo signi.ca que se est& reduciendo indicando que el EE' est& actuando como el &nodo en la celda +"or e*emplo( el Cu en disolución acuosa de Cu); con un potencial est&ndar de reducción de 5$>>O, )i el electrodo tiene un potencial 9egativo signi.ca que se est& o%idando indicando que el EE' est& actuando como el C&todo en la celda +"or e*emplo( el In en disolución acuosa de In); con un potencial est&ndar de reducción de 5$> O,
)in embargo$ las reacciones son reversíbles y el rol de un electrodo en una celda electroquímica en particular depende de la relación del potencial de reducción de ambos electrodos! El potencial est&ndar de una celda puede ser determinado buscando en una tabla de potenciales de reducción para los electrodos involucrados en la e%periencia y se calcula aplicando la siguiente -órmula( 6
"or e*emplo$ para calcular el potencial est&ndar del electrodo de Cobre(
ELECTROQUIMICA
En condiciones est&ndar la -em +medida con la ayuda de un multímetro, es 5$> O +este valor representa el potencial de reducción de la celda, y por de.nición$ el potencial del EE' es cero! Entonces el potencial de la celda se calcula resolviendo la siguiente ecuación(
El potencial de o%idación de una celda tiene el mismo modulo que el de reducción pero con signo contrario! Cambios estequiometricos en la ecuación de la celda no a-ectaran el valor del por que el el 4&*e#%$al e)*"#da' de 'ed,%%$(# es una propiedad intensiva!
E)4&#*a#e$dad de ,#a 'ea%%$(# 'ed&5 Artículo principal: Proceso espontáneo
Relacionando el con algunas cantidades termodin&micas permiten saber la espontaneidad de un proceso determinado! En una celda electroquímica toda la energía química se trans-orma en energía elctrica! La carga elctrica total que pasa a travs de la celda es calculada por(
)iendo la Constante de Faraday y el n/mero de moles de eP! Como la -em es el potencial m&%imo de la celda y el traba*o elctrico es la cantidad m&%ima de traba*o + , que se puede hacer$ se llega a la siguiente igualdad(
La energía libre de ibbs es la energía libre para hacer trabajo$ eso signi.ca que el cambio de energía libre representa la cantidad m&%ima de traba*o /til que se obtiene de la reacción(6
ELECTROQUIMICA
)i es #ea*$!& signi.ca que hay energía libre y por lo tanto la reacción e) e)4&#*a#ea! "ara que ocurra eso el debe ser 4&)$*$!&! Caso contrario la reacción no procede! "ara valores negativos de muy pró%imos a cero es posible que la reacción tampoco proceda debido a -actores secundarios$ como por e*emplo el -enómeno de sobretensión! 2na reacción espont&nea puede ser utili#ada para generar energía elctrica$ no es nada m&s ni nada menos que una "ila de combustible! ?ientras que a una reacción no espont&nea se le debe aplicar un su.ciente potencial elctrico para que la misma se lleve a cabo! Este -enomeno es conocido como Electrólisis!6 En una celda electroquímica$ la relación entre la Constante de equilibrio$ K $ y la energía libre de ibbs se puede e%presar de la siguiente manera(
Despe*ando la
se obtiene(
Aplicando el logaritmo J en base base 65 y suponiendo que la reacción se lleva a cabo a :384J +8M7C,$ .nalmente llegamos a la siguiente e%presión( 6
Va'$a6le) +,e ele%*'&+,-.$%a)
$#*e'!$e#e#
e#
la)
'ea%%$&#e)
coulomb +C,$ que es la unidad pr&ctica de carga +H, y se de.ne como la cantidad de electricidad que pasa a travs de una sección transversal dada de un conductor en un segundo$ cuando la corriente es un ampere!El ampere +A, es la unidad de intensidad de corriente elctrica +=,! 2n ampere es igual a un coulombGsegundo! Entonces$ =ntensidad 3 carga G tiempo 3 H G t
ELECTROQUIMICA
H 3 =t El ohm +;, es la unidad de resistencia elctrica +R,! )e puede e%presar en -unción de la resistencia especí.ca mediante la ecuación( Resistencia +ohms, 3 resistencia especí.ca % +longitud +cm!, GKrea +cmQ, El volt +O, es la unidad potencial y se de.ne como la -uer#a electromotri# necesaria para que pase una corriente de un ampere a travs de una resistencia de un ohm! El att +S, es la unidad de potencia y es igual a la variación del traba*o por unidad electromotri# en volts % la corriente en amperios! "otencia +atts, 3 Corriente +amperes, % "otencia +volts, S 3 =O El *oule o attsegundo es la energía producida en un segundo por una corriente de potencia igual a un att! E7 +"otencial de reducción est&ndar,3 nos permite saber con anticipación cu&l es el o%idante m&s -uerte +mayor tendencia a reducirse, y en qu dirección se producir& la reacción redo%! se re.ere a la -em de una pila a 8M oC!
Ele%*'&d&
Las baterías comunes poseen dos electrodos! 2n electrodo es una placa de membrana rugosa de metal$ un conductor utili#ado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito$ por e*emplo un semiconductor$ un electrolito$ el vacío +en una v&lvula termoiónica,$ un gas
ELECTROQUIMICA
+en una l&mpara de neón,$ etc! La palabra -ue acuTada por el cientí.co ?ichael Faraday y procede de las voces griegas elektron$ que signi.ca ámbar y de la que proviene la palabra electricidad1 y hodos$ que signi.ca camino
Á#&d& 7 %"*&d& e# %elda) ele%*'&+,-.$%a) 2n electrodo en una celda electroquímica! )e re.ere a cualquiera de los dos conceptos$ sea &nodo o c&todo$ que tambin -ueron acuTados por Faraday! El &nodo es de.nido como el electrodo al cual los electrones llegan de la celda y ocurre la o%idación$ y el c&todo es de.nido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducción! Cada electrodo puede convertirse en &nodo o c&todo dependiendo del volta*e que se aplique a la celda! 2n electrodo bipolar es un electrodo que -unciona como &nodo en una celda y como c&todo en otra! ?A:ER=ALE)$ EH2=";) Y REAC:=O;) •
•
•
•
Electrodo de Cobre$ Iinc$ amperímetro$ balan#a y algodón! Oasos precipitado$ termómetro$ o%ido de calcio +Ca;, 65ml de '8); concentrado por litro de disolución de Cu); 5!8M? Reostato$ bateria y cables de cone%ión!
ELECTROQUIMICA
Oaso precipitado
Cu); 5!8M
?
"laca de cobre
PROCEDIMIENTO E8PERIMENTALES
determinar el equivalente electrolítico del cobre$ cantidad que deposita un equivalente químico de cobre!
Limpie#a de los electrodos de cobre$ #inc$ usando una li*a de metal$ luego desengrase$ empleando algodón impregnado con una solución de cal!
"reparar la solución y luego vaciarlo en un vaso de 55 ml$ con >55 ml de solución acidi.cada de Cu); 5!8M ?!
"esar el electrodo de cobre que actuara como c&todo!
Reali#ar el monta*e del circuito para llevar a cabo la electrodeposición del cobre desacuerdo al diagrama!
Cerrar el circuito mediante el interruptor y retirar el c&todo para en*uagarlo con agua destilada!
ELECTROQUIMICA
De*ar en-riar el electrodo de cobre$ encontrar el peso del Cu depositado y la cantidad de corriente en culombios que ha sido necesario!
Con estos datos calcule el peso del cobre depositado por el peso de un culombios
Equi. Elect Cu
"ara encontrar la cantidad de corriente que depositaria un equivalente químico de cobre$ e-ectuar la operación(
Equi-quiCu(31.35)
8 e
ELECTROQUIMICA
Cu5
cuB8
"eso de la llave UUUUUUUUUUUUUU6!5gr "eso del cobre depositado y la llaveUUUUU!6!8gr "eros del cobre depositadoUUUUUUUUU!8!5gr "eso del cobre por u culombioUUUUUUUU>!>V65>
Corriente 35!4c
CUESTIONARIO Y PROBLEMAS 2na solución de sul-ato de cobre == se somete a electrolisis al pasar una corriente de una solución por medio de electrodos inertes! En consecuencia hay una disminución en la concentración de CuB8 y un aumento en la concentración del ion ;' ! :ambin un electrodo incrementa su masa y se desprende un gas en el otro electrodo! Escriba la semirreacciones que se e-ect/an en el &nodo y en c&todo •
C&todo CuB8
•
B
8e
Cu
Knodo 8'8;
>! de.na los siguientes( Á#&d&
8 ;8 B 'B B e
ELECTROQUIMICA
El electrodo de una celda electroquímica es el lugar donde se produce la reacción de o%idación( • •
En una clula electrolítica es el terminal positivo! En una pila es el terminal negativo$ pues por de.nición el &nodo es el polo donde ocurre la reacción de o%idación!
"or tanto se denomina "#&d& al electrodo positivo de una clula electrolítica hacia el que se dirigen los iones negativos dentro del electrolito$ que por esto reciben el nombre de aniones! El trmino -ue utili#ado por primera ve# por Faraday +serie O== de las Investigaciones eperimentales sobre la electricidad, W6X$ con el signi.cado de camino ascendente o de entrada$ pero re-erido e%clusivamente al electrolito de una celda electroquímica! )u vinculación al polo positivo del correspondiente generador implica la suposición de que la corriente elctrica marcha por el circuito e%terior desde el polo positivo al negativo$ es decir$ transportada por cargas positivas! "arecería lógico de.nir el sentido de la corriente elctrica como el sentido del movimiento de las cargas libres$ sin embargo$ si el conductor no es met&lico$ tambin hay cargas positivas movindose por el conductor e%terno +el electrolito de nuestra celda, y cualquiera que -uera el sentido convenido e%istirían cargas movindose en sentidos opuestos! )e adopta por tanto$ el convenio de de.nir el sentido de la corriente al recorrido por las cargas positivas cationes$ y que es por tanto el del positivo al negativo +"#&d& c&todo,! En el caso de las v&lvulas termoiónicas$ -uentes elctricas$ pilas$ etc! el &nodo es el electrodo o terminal de mayor potencial! En una reacción redo% corresponde al V"l!,la) *e'.&$(#$%a) El &nodo de las v&lvulas termoiónicas recibe la mayor parte de los electrones emitidos por el c&todo! Cuando se trata de tubos ampli.cadores +triodos$ tetrodos$ pentodos!!!, y sobre todo si son v&lvulas de potencia$ este electrodo es el responsable del calor generado en el tubo$ que debe disipar! "ara ello e%isten dos estrategias( •
•
"ara el caso de gran potencia$ se acopla trmicamente el &nodo a un disipador en el e%terior de la v&lvula que se re-rigera mediante circulación de aire$ vapor$ aceite$ etc! En caso de menor potencia$ los &nodos son grandes$ con gran super.cie hacia el e%terior$ de modo que disipan por radiación!
El origen de este calor est& en la energía que adquieren los electrones al ser sometidos a la di-erencia de tensión entre el c&todo y el &nodo!
ELECTROQUIMICA
Al impactar contra el &nodo$ ceden a ste su energía$ que se disipa en -orma de calor!
Á#&d&) e)4e%$ale) Ciertas v&lvulas presentan &nodos especiales$ como el tubo de rayos +tubo RZntgen,! Los rayos se generan al incidir electrones de gran energía contra los &tomos del &nodo$ habitualmente de Sol-ramio o ?olibdeno! La energía de estos electrones$ adem&s de radiarse en -orma de rayos $ calienta el &nodo enormemente$ por lo que es grande$ provisto de disipadores$ por aire o agua y suele ser rotatorio$ con un motor que lo mueve para repartir la incidencia de los electrones por una super.cie grande! En el caso de los tubos de rayos catódicos$ el &nodo envuelve la pantalla y est& conectado a ella por una .na capa de aluminio depositada sobre el tubo! En el caso de magnetrones$ el &nodo suele adoptar la -orma de cavidades resonantes a su la -recuencia de -uncionamiento!
F,e'1a ele%*'&.&*'$1 La 0,e'1a ele%*'&.&*'$1 +FE?, +Representado con el símbolo griego , es toda causa capa# de mantener una di-erencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente elctrica en un circuito cerrado! Es una característica de cada generador elctrico! Con car&cter general puede e%plicarse por la e%istencia de un campo electromotor cuya circulación$ electromotri# del generador!
$ de.ne la -uer#a
)e de.ne como el traba*o que el generador reali#a para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo$ dividido por el valor en Culombios de dicha carga! Esto se *usti.ca en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga por el circuito e%terior al generador$ desde el polo positivo al negativo$ es necesario reali#ar un traba*o o consumo de energía +mec&nica$ química$ etctera, para transportarla por el interior desde un punto de menor potencial +el polo negativo al cual llega, a otro de mayor potencial +el polo positivo por el cual sale,!
ELECTROQUIMICA
La FE? se mide en voltios$ al igual que el potencial elctrico! "or lo que queda que(
)e relaciona con la di-erencia de potencial entre los bornes y la resistencia interna del generador mediante la -órmula +el producto es la caída de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la resistencia óhmica que o-rece al paso de la corriente,! La FE? de un generador coincide con la di-erencia de potencial en circuito abierto! La -uer#a electromotri# de inducción +o inducida, en un circuito cerrado es igual a la variación del 0u*o de inducción del campo magntico que lo atraviesa en la unidad de tiempo$ lo que se e%presa por la -órmula
+Ley de Faraday,! El signo +Ley de Len#,
P&*e#%$al de 'ed,%%$(# El P&*e#%$al de ele%*'&d&$ "otencial de reducción o "otencial RED; es como se le conoce a ,#a %elda al!"#$%a +,e 4'&d,%e 4&' la 'ea%%$(# de la %elda +,e #& e)*" e# e+,$l$6'$& ! El potenciómetro solo permite circular una corriente pequeTa$ de modo que la concentración de las dos semiceldas permanece invariable! )i sustituimos el potenciómetro por un alambre$ pasaría mucha m&s corriente$ y las concentraciones variarían hasta que se alcance el equilibro! En este momento no progresaría m&s la reacción$ y el potencial [E[ se haría cero! Cuando una batería +que es una celda galv&nica, se agota +O35, los productos químicos del interior han llegado al equilibrio$ y desde ese momento la batería ha \\muerto]]!
I#*'&d,%%$(# La di-erencia de potencial que se desarrolla en los electrodos de la celda es una medida de la tendencia de la reacción a llevarse a cabo desde un estado de no equilibrio hasta la condición de equilibrio! El potencial de celda +Ecelda, se relaciona con la energía libre de la reacción$ $ mediante( 3nFE celda E*emplo( 8AgBBCus → 8AgsBCu8B
ELECTROQUIMICA
P&*e#%$ale) de )e.$%elda El potencial de una celda es la di-erencia entre dos potenciales de dos semiceldas o de dos electrodos simples$ uno relacionado con la semireacción del electrodo de la derecha +Eder, y el otro$ con la semirreacción del electrodo de la i#quierda +Ei#q,! "or tanto$ de acuerdo con el convenio de signos de la =2"AC$ si el potencial de unión líquida es despreciable$ o no hay unión líquida$ se puede escribir el potencial de la celda$ Ecelda$ como( Ecelda 3 Ederecha Ei#quierda o bien se le conoce como( Ecelda 3 Ereducción Eo%idación Aunque no se pueden determinar los potenciales absolutos de los electrodos como tales$ si se puede determinar con -acilidad los potenciales de electrodo relativos!
De)%a'a de ,#a %elda al!"#$%a La celda galv&nica est& en un estado de no equilibrio debido a que la gran resistencia del voltímetro evita que la celda se descargue de manera signi.cativa! Cuando se mide el potencial de la celda no sucede ninguna reacción y lo que se mide es la tendencia a que suceda la reacción$ si se de*a que proceda! )i se de*a que la celda se descargue al sustituir el voltímetro con un medidor de corriente de ba*a resistencia$ se lleva a cabo la [reacción espont&nea de la celda[!
T$4&) de ele%*'&d& Ele%*'&d& de 'e0e'e#%$a e)*"#da' de 9$d'(e#& "ara que los valores de potenciales relativos de electrodo tengan aplicacíon amplia y sean de utilidad$ se emplea una semicelda de re-erencia -rente a la cual se comparan todas las dem&s! 2n electrodo como ste debe ser -&cil de -abricar$ ser reversible y sumamente reproducible! El ele%*'&d& e)*"#da' de $d'(e#& 2EE3$ a pesar de que tiene una utilidad pr&ctica limitada$ se ha empleado en todo el mundo durante muchos aTos como electrodo de re-erencia universal! Es un electrod de gas com/n!
De;#$%$(# de 4&*e#%$al de ele%*'&d& 7 4&*e#%$al e)*"#da' de ele%*'&d& P&*e#%$al de ele%*'&d&
ELECTROQUIMICA
)e de.ne como el potencial de una celda que conste del electrodo en cuestión$ como el electrodo de la derecha$ y el electrodo est&ndar de hidrógeno$ como el electrodo de la i#quierda!
P&*e#%$al e)*"#da' de ele%*'&d& +E^, )e de.ne como su potencial de elctrodo cuando las actividades de todos los reactivos y los productos sean la unidad!
!)e pasa una corriente constante de 6!8Mamperes a travs de una celda electrolitica que contiene una solucion de 5!5M? Cu); y un anodo de cobre y un catodo 5!54 a, cuanto tiempo debe 0uir para obtener este deposito
t 3 6$M4% 8 % M553 >466!Ms 8% 6!8M
VConclusiones •
•
La cintica química es un estudio puramente empírico y e%perimental1 la química cu&ntica permite indagar en las mec&nicas de reacción$ lo que se conoce como din&mica química! 2n catali#ador que est& en una -ase distinta de los reactivos se denomina catali#ador heterogneo o de contacto!
RECOMENDACIONES •
•
•
En el momento de hacer uso de la balan#a estar seguros de que se encuentra bien calibrada o de lo contrario podría malograr el e%perimento! Reiterar la necesidad de contar con la pi#arra en el laboratorio para un me*or desarrollo de la clase! ?edir las muestras e%actamente para garanti#ar un buen traba*o!
ELECTROQUIMICA
En síntesis se puede decir que qui#&s desde el siglo O antes de Cristo el hombre estuvo relacionado en cierta -orma con las pilas$ mediante unas vasi*as! Lo que qui#as e%plicaría que desde ese tiempo -ueron ocupadas ciertas -ormas para producir una corriente elctrica1 no se mane*aba el concepto de pila como en la modernidad y estudios analíticos e%istentes en la actualidad$ sin embargo se puede decir que el descubrimie
BIBLIOGRAFÍA: •
Q,-.$%a e54e'$.e#*al 2L,-) Ca''a)%& Ve#ea) 7 L,1 Ca)*a@$$>I#)*',.e#*&)dela6&'a*&'$&
•
•
9**4:>>e)?@$$4ed$a?&'>@$$>Le7e)e)*e+,$&. CA*'$%a) 9**4:>>e)?@$$4ed$a?&'>@$$>Cl&'a*&de4&*a)$&
