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Electroquimica, Apuntes de Química

Asignatura: Quimica, Profesor: , Carrera: Medicina, Universidad: UPV-EHU

Tipo: Apuntes

2014/2015
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Subido el 26/02/2015

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Electroquímica
La electroquímica es la parte de la química
que trata del uso de las reacciones químicas
para producir electricidad y el uso de la
electricidad para producir cambios químicos.
Estudia la conversión entre la energía
eléctrica y la energía química.
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Electroquímica

La electroquímica es la parte de la química

que trata del uso de las reacciones químicas

para producir electricidad y el uso de la

electricidad para producir cambios químicos.

Estudia la conversión entre la energía

eléctrica y la energía química.

Procesos electroquímicos

 Los procesos electroquímicos son reacciones

de óxido-reducción (redox), en las cuales, la

energía liberada por una reacción espontánea se

convierte en electricidad o viceversa: la energía

eléctrica se aprovecha para provocar una reacción

química no espontánea.

 Reacciones redox : son aquellas en las cuales

una o más de las sustancias intervinientes

modifica su estado de oxidación.

 En la mayoría de las aplicaciones, el sistema

reaccionante está contenido en una celda

electroquímica.

 (^) Conducción metálica : el flujo de electrones no produce cambios en el metal y ocurre, cuando al metal, se le aplica una diferencia de potencial (ddp).  Conducción iónica o electrolítica : el movimiento de iones, a través de una solución electrolítica.  Los iones positivos, migran hacia el electrodo negativo; los iones negativos, se mueven hacia el electrodo positivo.  En las celdas electroquímicas, ocurren los dos tipos de conducción.

Conducción eléctrica

Conducción eléctrica

Clasificación de celdas electroquímicas 

Celdas electrolíticas: La energía eléctrica

procedente de una fuente externa hace que

tenga lugar una reacción química no

espontánea.

Celdas galvánicas o voltaicas:

La energía que se libera en una reacción redox

espontánea se puede usar, para realizar un

trabajo eléctrico.

Celdas o pilas galvánicas

La oxidación de Zn a Zn 2+ y la reducción de Cu 2+ a Cu se pueden llevar a cabo simultáneamente siempre que se realicen en recipientes separados. Las barras de Zn y de Cu son los electrodos y se conectan mediante un cable. Con un voltímetro se puede medir la diferencia de potencial entre los dos electrodos. Hemicelda : electrodo sumergido en solución de sus iones.

Pila de

Daniell

 (^) Para que una pila funcione, los compartimentos anódico y catódico deben permanecer eléctricamente neutros. La neutralidad eléctrica se conserva colocando un dispositivo llamado puente salinopuente salino que permite la migración de iones****.  (^) Puente salino: tubo en U que contiene una solución concentrada de un electrolito fuerte (KCl(ac) o NaNO 3 (ac)) incorporado en un gel (agar- agar) para que la solución del electrolito no escurra al invertir el tubo.  (^) A medida que se produce la oxidación y la reducción en los electrodos los iones del puente salino migran para neutralizar las cargas en los compartimientos de las celdas.

Celdas o pilas galvánicas

Funciones del puente salino

Mantiene la neutralidad eléctrica en cada

hemicelda permitiendo la migración de los

aniones al ánodo y de los cationes al cátodo.

Cierra el circuito , permitiendo el contacto

eléctrico entre las dos disoluciones.

evita la mezcla de las disoluciones de ambas

hemiceldas.

Diagrama de celda

 Los electrones fluyen espontáneamente del ánodo al cátodo a través de un circuito externo.  La diferencia de potencial eléctrico, entre el ánodo y el cátodo se mide experimentalmente con un voltímetro, y la lectura en voltios es el voltaje de la celda.  (^) E celda es^ la^ fuerza^ motriz^ que^ empuja^ los electrones a través del circuito externo. A esta diferencia de potencial llamamos: Fuerza electromotriz de una celda y se indica como Ecelda o ΔE y se conoce como potencial de celda o voltaje E y se conoce como potencial de celda o voltaje de celda (porque se mide en voltios).

Fuerza electromotríz (Fem)

A partir de las medidas del potencial de una celda se estiman los valores de los potenciales estándar (definidos para las semirreacciones de reducción) Potencial estándar o normal de electrodo: voltaje medido en condiciones normales de una hemicelda o electrodo, teniendo como referencia el electrodo normal de hidrogeno Potencial estándar de electrodo

Electrodo normal de

hidrógeno

 (^) Si arbitrariamente se asigna el valor cero al potencial de un electrodo particular, este se puede usar para determinar los potenciales relativos de otros electrodos.  (^) El electrodo que se toma como referencia es el electrodo normal de hidrogeno (ENH).

CONSISTE EN: un alambre de platino (Pt) conectado

a una hoja de platino cubierta de platino finamente

dividido. Está encerrado en un tubo de vidrio de

modo que burbujea H

2

(g) sobre el platino con una

presión parcial de 1 atm en una disolución de HCl 1

M a 25°C (condiciones estándar).

**Determinación del E° de la hemicelda de Zn Se arma la siguiente celda galvánica: Zn(s) | Zn 2+ (1 M) || H

(1 M) | H 2 (1 atm) | Pt Experimentalmente se comprueba que el electrodo de Zn es el ánodo y el ENH es el cátodo. RA Zn(s)**  **Zn 2+ (ac) +2e- El ENH actúa como cátodo: RC 2H

(ac) +2e-**  **H 2 (g) Reacción global: Zn(s) + 2H

(ac)**  Zn 2+ (ac) + H 2 (g); ΔE° = 0,76V.E° = 0,76V. Como el potencial del ENH es por convención igual a cero, el potencial medido representa el potencial de la hemicelda de Zn (s)Zn 2+ (ac) +2e- E°Zn/Zn2+ = 0,76V Potencial estándar de electrodo

 Si la reacción se invierte, cambia el signo de E°:Si la reacción se invierte, cambia el signo de E°: Zn Zn2+2+(ac) + 2e-(ac) + 2e- (^)  Zn(s)Zn(s) E°E° (^) Zn2+/ZnZn2+/Zn = - 0,76V y el potencial= - 0,76V y el potencial se llama se llama potencial estándar de reducción.potencial estándar de reducción.  Los valores de E° hallados experimentalmente, para lasLos valores de E° hallados experimentalmente, para las posibles posibles hemiceldashemiceldas queque sese puedanpuedan construir,construir, sese ordenan en una tabla conocida como potenciales ordenan en una tabla conocida como potenciales estándar de reducción. estándar de reducción. E°E°redred..  En base a los E°En base a los E°redred, se puede calcular el potencial de, se puede calcular el potencial de cualquier celda E° cualquier celda E°celdacelda o ΔE y se conoce como potencial de celda o voltaje E° aplicando la relación:o ΔE y se conoce como potencial de celda o voltaje E° aplicando la relación: E° E°celdacelda = ΔE y se conoce como potencial de celda o voltaje E° = E°= ΔE y se conoce como potencial de celda o voltaje E° = E°cátodocátodo – E°– E°ánodoánodo  E°E°cátodocátodo: potencial estándar de reducción de la hemicelda: potencial estándar de reducción de la hemicelda que actúa como cátodo. que actúa como cátodo.  E°E°ánodoánodo: potencial estándar de reducción de la hemicelda: potencial estándar de reducción de la hemicelda que actúa como ánodo. que actúa como ánodo. Potencial estándar de reducción