Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito circuito,, por ejemplo un semiconductor semiconductor,, un electrolito electrolito,, el vacío (en una válvula termoiónica) termoiónica), un gas (en una lámpara de neón) neón), etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron , que significa y ámbar y
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de la que proviene la palabra electricidad ; y hodos, que significa camino.
Un electrodo estándar de hidrógeno también llamado electrodo normal de hidrógeno es un electrodo redox que forma la base de la tabla estándar de potenciales de electrodos. electrodos. Su potencial absoluto se estima en 4.40 ± 0.02 V a 25 °C, pero para realizar una base de comparación con cualquier otra reacción elect rolítica, el potencial electrolítico del hidrógeno ( E E 0) se fija como 0 en todas las temperaturas. temperaturas.1 Los potenciales de cualquier otro electrodo se compara con el estándar a la misma temperatura. El electrodo de hidrógeno se basa en la semicelda redox: redox: 2H+(aq) + 2e- → H2(g) Esta reacción de oxidación-reducción ocurre en un electrodo de platino de platino.. El electrodo es sumergido en una solución ácida y se bombea hidrógeno gasesoso a través de el. La concentración de formas oxidadas y reducidas se mantiene como una unidad. Esto implica que la presión de hidrógeno gaseoso es igual a 1 bar 1 bar y y la concentración de hidrógeno en la solución es 1 mol mol.. Las celdas electroquímicas son dispositivos que se utilizan para transformar energía química en eléctrica, o para producir sustancias. El proceso involucrado puede ser una reacción química ordinaria, la transferencia de una especie química de un nivel de concentración a otro, etc. El requisito esencial es que debe ser posible realizarlo como resultante de un proceso de oxidación y otro de reducción, cada uno de los cuales ocurre se paradamente en un electrodo apropiado. Las Celdas galváncias, son galváncias, son un dispositivo en el que la transferencia de electrones, (de la semireacción de oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta m anera el flujo de electrones (corriente electrica) puede ser utilizado.
¿Cómo funciona una celda galvánica? En la semicelda anódica ocurren las oxidaciones, mientras que en la semicelda catódica ocurren catódica ocurren las reducciones. El electrodo anódico, anódico, conduce los electrones que son liberados en la reacción de oxidación, hacia los conductores metálicos. metálicos. Estos conductores eléctricos eléctricos conducen los electrones y los llevan hasta el electrodo catódico; catódico; los electrones entran así a la semicelda catódica produciéndose en ella la reducción.
Una reacción electroquímica la podemos definircomo una reacción redox en la que el intercambio de electrones tiene lugar en un electrodo electrodo..El cambio químico es producido por el intercambio de electrones realizado entre un electrodo y un aceptor o donador de electrones en una disolución..
Célula Galvanica
QUÉ ES LA FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM) Se denomina fuerza electromotriz (FEM) 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.
A. Ci r cui to elé ctri ctr i co abierto (sin carga o r esi stencia) . Por tanto, tan to, no se estable tabl ece l a cir ci r cul ació aci ón de la cor r i ente el el é ctr i ca desde desde la f u ente de F E M (l a bater ía en este este caso). caso). B . Ci r cui to elé el é ctr i co cerr ado, con u n a car ga o r esi esi stenci a acopl ada, a tr t r avé s de l a cual cu al se estable tabl ece l a cir ci r cul ación de un f l uj o de cor cor r i ente nt e el el é ctri ctr i ca des desde el el polo pol o ne n egativo gati vo haci a el pol o posi posi ti vo de l a fuente f uente de FE F E M o batería. El electrodo estándar de hidrógeno Consta de una pieza de platino sumergida en una disolución de concentración unidad de iones hidronio; además, se burbujea hidrógeno gas a través de la superficie de platino en una corriente ininterrumpida, de modo que la presión de hidrógeno se mantiene constante a 1 atmósfera. Es decir, se trata de un electrodo de gas: (Pt) H2 (1 atm) / H + ( 1 M ) Según que actúe como polo negativo o positivo en una pila, la reacción que tiene lugar en el electrodo de hidrógeno es: ánodo : H 2 → 2 H+ + 2 e- ; Eºoxi= 0,00 voltios cátodo : 2 H + + 2 e- → H2 ; Eºred = 0,00 voltios Este electrodo tiene como inconveniente su difícil manejo. Por esta razón, se usan otros electrodos, electr odos, más cómodos y que tienen un potencial fijo frente al hidrógeno. El más usado es el electrodo de calomelanos, constituido por mercurio líquido y una disolución saturada de Hg 2Cl2 y KCl 1 M, cuyo potencial a 25 ºC es 0,28 voltios frente al electrodo de hidrógeno. Para determinar el potencial estándar de un electrodo o semipila determinado (es decir, cuando las concentraciones de las sustancias que intervienen en la reacción son la unidad), se forma una pila entre este electrodo y el de hidrógeno y se mide el potencial ( siendo precisos, la diferencia de potencial) entre los electrodos de la pila. Activa en el simulador "Ver circulación de electrones", y recuerda que los electrones se mueven desde puntos de menor potencial eléctrico a puntos de mayor mayor potencial. Por tanto, el electrodo negativo (de menor potencial) es en el que se produce la oxidación, ya que en él se generan los electrones que van al electrodo en el que se produce la reducción, que es el de mayor potencial.
Potencial de Electrodo Al introducir una barra de zinc en agua, una pequeña parte de los átomos de Zn pasan a la disolución en forma de cationes y al revés generándose una situación de equilibrio y una diferencia de potencial conocida como el potencial de electrodo.
Estos potenciales individuales de electrodo no pueden p ueden calcularsePor este motivo se define un electrodo de referencia cuyo potencial se considera por convenio igual a cero. El electrodo de referencia es el electrodo de hidrógeno:2 H ++ 2 e H2 Se define el potencial normal de electrodoa 25 ºC y actividad (o presión) igual a 1 (1 bar): 0(H+/H2) = 0 El potencial de electrodo depende fundamentalmente de tres factores: Del tipo de metal De la actividad de los iones De la temperatura
Fuerza electromotriz (fem) en una celda electroquímica La celda electroquímica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea en donde la sustancia oxidante está separada de la reductora de manera que los electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora hacia la oxidante. En una celda el agente reductor pierde electrones por tanto se oxida. El electrodo en donde se verifica la oxidación se llama ánodo. En el otro electrodo la sustancia oxidante gana electrones y por tanto se reduce. El electrodo en que se verifica la reducción se llama cátodo. La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de energía potencial entre los electrodos. La diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide en forma experimental con un voltimetro, donde la lectura es el voltaje de la celda Tipos de celdas: Cuba electrolítica, mostrando los electrodos y la fuente de alimentación que genera la corriente eléctrica.
La celda voltaica transforma una reacción química espontánea en una corriente eléctrica, como las pilas y baterías. También reciben los nombres de celda galvánica, pila galvánica o pila voltaica.
La celda electrolítica transforma una corriente eléctrica en una reacción r eacción química de oxidación-reducción que no tiene lugar de modo espontáneo. En muchas de estas reacciones se descompone una sustancia química por lo que dicho proceso recibe el nombre de electrolisis. También reciben los nombres de celda electrolítica o cuba electrolítica. A diferencia de la celda voltaica, en la celda electrolítica, los dos electrodos no necesitan estar separados, por lo que hay un sólo recipiente en el que tienen lugar las dos semirreacciones.
El potencial de la celda (Ecelda)o fuerza electromotriz (fem) es una medida de la habilidad de la reacción electroquímica para generar corriente eléctrica La fuerza electromotriz y el trabajo
eléctrico están vinculados: E0 es el potencial estándar. Condiciones estandar : presión es 1 atm y las concentraciones iónicas son 1 M La posibilidad de obtener energía a partir de un proceso espontáneo está asociada a Ecelda › 0 q es la carga que circula n es el número de electrones asociados a la reacción y F es la constante de Faraday (96500 coul) Relacionando el con algunas cantidades termodinámicas permiten saber la espontaneidad de un proceso determinado. En una celda electroquímica toda la energía química se transforma en energía eléctrica.. La carga eléctrica total que pasa a través de la celda es calculada por: eléctrica
Siendo la Constante de Faraday y el número de moles de e⁻. Como la fem es el potencial máximo de la celda y el el trabajo eléctrico es es la cantidad cantidad máxima máxima de trabajo trabajo ( ) que se puede puede hacer, hacer, se llega llega a la siguiente siguiente igualdad:
La energía libre de Gibbs es la energía libre para hacer trabajo, trabajo , eso significa que el cambio de energía libre representa la cantidad máxima de trabajo útil que se obtiene de la reacción: reacci ón:1
Si es negativo significa que hay energía libre y por lo tanto la reacción es espontanea . Para que ocurra eso el debe ser positivo. Caso contrario la reacción no procede. Para valores negativos de muy próximos a cero es posible que la reacción tampoco proceda debido debido a factores secundarios, como por ejemplo el fenómeno de sobretensión sobretensión.. Una reacción espontánea puede ser utilizada utili zada para generar energía generar energía eléctrica,, no es nada más ni nada menos que una Pila de combustible. eléctrica combustible. Mientras que a una reacción no espontánea se le debe aplicar un suficiente potencial eléctrico para que la misma se lleve a cabo. Este fenómeno es conocido como Electrólisis Electrólisis..1 En una celda electroquímica, la relación entre la Constante de equilibrio,, K , y la energía libre de Gibbs se puede expresar de la siguiente manera: equilibrio
Despejando la
se obtiene:
Aplicando el logaritmo K en base base 10 y suponiendo que la reacción se lleva a cabo a T=298K (25 °C), finalmente llegamos a la siguiente expresión:
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La fuerza La fuerza electromotriz E de una pila es la diferencia de potencial entre sus electrodos en circuito abierto o a corriente nula. Por convenio, E = E cat cat - E an an siendo E siendo E cat los potenciales de reducción del cátodo y del ánodo, respectivamente. La f.e.m. se mide con un cat y E an an los potenciales potenciómetro.
La medida de la f.e.m. y su variación con la temperatura, determinada por el coeficiente de temperatura, temperatura, (∂ E/ ∂T ) P , permiten calcular las funciones termodinámicas de reacción de la pila. Así, a una temperatura determinada, G
= -Zfe
H
= ΔG + TΔS.
