Fico Electgroquimica 1

8/19/2019 Fico Electgroquimica 1

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERÍAGEOLÓGICA MINERA Y

METALÚRGICA

ELECTROQUÍMICAPROF. ING. SESPEDES VALKARSEL SVITLANA

ALUMNO: QUISPE POMALAZA CARLOS YERSY

CODIGO: 2013 11!"

SECCION: S

LIMA#201


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ELECTROQUÍMICA

REACCIONES REDOX

Un tipo muy importante de reacciones son las denominadas de oxidación-reducción, tam i!n llamadas redox o de trans"erencia de electrones# $ay %uedestacar el inter!s teórico de estas reacciones, ya %ue &racias al desarrollo deesta parte de la 'u(mica se esta lecieron los primeros indicios de la relación entreelectricidad, estructura atómica y enlace %u(mico#

Un e)emplo de las mismas son las reacciones de com ustión, cuya importanciaener&!tica ya *as estudiado, y tam i!n *ay reacciones redox de tanto inter!sindustrial como la o tención de metales +*ierro mediante la reducción con car ónen un *orno alto o aluminio por electrolisis , o la o tención de ener&(a el!ctrica de

a)o olta)e en pilas o acumuladores# .a corrosión de metales, as( como losprocesos ioló&icos de la respiración y la "otos(ntesis o los procesos %ue sucedenen las pilas son tam i!n reacciones de oxidación-reducción#

.a primera "orma de entender las reacciones de oxidación y reducción propon(a%ue la oxidación era la com inación de una sustancia con el ox(&eno y lareducción el proceso in erso, esto es, la disminución del contenido de ox(&eno deuna sustancia# /or e)emplo0

Con ese planteamiento, se dice %ue el metal 12 se *a oxidado, mientras %ue elmetal 13 se *a reducido# El t!rmino reducción pro iene precisamente de %ue, alperder ox(&eno, disminuye +se 4reduce4 la masa de los óxidos met5licos#


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Oxidación

Es el "enómeno mediante el cual una especie %u(mica pierde electrones, por lotanto el n6mero de oxidación +N#O# aumenta al&e raicamente por%ue pierdecar&a ne&ati as#

Ejemplos:

Reducción

Es el "enómeno mediante el cual una especie %u(mica &ana electrones, por lotanto el n6mero de oxidación +N#O# disminuye al&e raicamente por%ue &ana

car&a ne&ati as#Ejemplos:


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El agente oxidante , es la sustancia %u(mica %ue al reducirse pro oca la oxidaciónde otro7 por lo tanto lasustancia que se reduce es agente oxidante #

El agente reductor , es la sustancia %uimia %ue al oxidarse pro oca o causa lareducción de otro7 por lo tanto lasustancia que se oxida es agente reductor #

A continuación se ilustra en "orma resumida una reacción redox 0

Descripción del /roceso0

El 5tomo neutro del 8n +8n9 pierde 3 electrones y se con ierte en ion cinc +8n:3se&6n la si&uiente reacción0 8n9 ; 8n:3 : 3e-


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?e- +&anados @ ?e- +perdidos

.a i&ualdad )usti"ica la ley de conser ación de car&a el!ctrica#

ipos de Reacciones Redox0

.as reacciones redox pueden ser clasi"icadas en tres &rupos0

1 Reacción Redox Intermolecular: Son las m5s comunes, se caracteri>anpor%ue el elemento %ue se oxida y el elemento %ue se reduce se encuentran ensustancias %u(micas di"erentes, por lo tanto el a&ente oxidante y el a&ente reductor son sustancias tam i!n di"erentes#

2 Reacción Redox Intramolecular: En este caso, el elemento %ue se oxida y el

elemento %ue se reduce se encuentran en el mismo compuesto, por lo tanto ela&ente oxidante y el a&ente reductor es la misma sutancia

3 Reacción Redox de dismutación o desproporción: .lamada tam i!n deautoreducción - oxidación, es a%uella donde un mismo elemento se oxida y sereduce# /or lo tanto una misma sustancia %u(mica es oxidante y reductor#


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CE.DAS BA. NICAS O CE.DAS O. AICAS

Cuando la reacciones redox, son espont5neas, li eran ener&(a %ue se puedeemplear para reali>ar un tra a)o electrico# Esta tarea se reali>a a tra !s de unacelda oltaica +o &al 5nica #

.as Celdas &al 5ncias, son un dispositi o en el %ue la trans"erencia de electrones,+de la semireacción de oxidación a la semireacción de reducción , se produce atra !s de un circuito externo en e> de ocurrir directamente entre los reacti os7 deesta manera el "lu)o de electrones +corriente electrica puede ser utili>ado#

En la si&uiente "i&ura, se muestran los componentes "undamentales de una celda&al 5nica o oltaica0


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.as l5minas de >inc y co re son electrodos#

.os electrodos son la super"icie de contacto entre el conductor met5lico y lasolución de semicelda +anódica o catódica # Si el electrodo no participan de lareacción redox +ni se oxida ni se reduce , se le llama electrodo inerte o pasi o#

Cuando participa de la reacción redox, como es este caso, se denomina electrodoacti o#

Recordemos %ue0

El electrodo en el %ue se produce la oxidación es el 5nodo y en el %ue se lle a aca o la reducción es el c5todo#

.os electrones %uedan li res a medida %ue el >inc met5lico se oxida en el 5nodo7"luyen a tra !s del circuito externo *acia el c5todo, donde se consumen con"ormeel Cu3:+ac se reduce#

/uesto %ue el 8n+s se oxida en la celda, el electrodo de >inc pierde masa y laconcentración de 8n3:+ac en la solución aumenta con el "uncionamiento de lacelda# De manera similar, el electrodo de co re &ana masa y la solución de Cu3:+ac se *ace menos concentrada a medida %ue el !ste se reduce a Cu+s #

Ánodo (oxidación) Zn(s) → Zn 2+ (ac) + 2e -

Cátodo (reducción) Cu 2+ (ac) + 2e - → Cu(s)

De emos tener cuidado de los si&nos %ue ad)udicamos a los electrodos de unacelda oltaica# $emos isto %ue se li eran electrones en el 5nodo con"orme el >incse oxida y "luyen al circuito externo# /uesto %ue los electrones tienen car&ane&ati a, ad)udicamos un si&no ne&ati o al 5nodo# /or el contrario, los electrones"luyen *acia el c5todo, donde se consumen en la reducción del co re# Enconsecuencia, se con"iere un si&no positi o al c5todo por%ue parece atraer a loselectrones ne&ati os#

Con el "uncionamiento de la celda, la oxidación del 8n introduce iones 8n3:adicionales en el compartimiento del 5nodo# A menos %ue se proporcione unmedio para neutrali>ar esta car&a positi a, no podr5 *a er mas oxidación# De

manera similar, la reducción del Cu3: en el c5todo de)a un exceso de car&ane&ati a en solución en ese compartimiento# .a neutralidad el!ctrica se conser aal *a er una mi&ración de iones a tra !s un puente salino o como en este caso, atra !s de una arrera porosa %ue separa los dos compartimientos#

Un puente salino se compone de un tu o en "orma de 4U4 %ue contiene unasolución muy concentrada de un electrólito, +por e)emplo0 NaNOF+ac ,


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N$ NOF+ac , NaCl+ac , GNOF+ac , entre otros cuyos iones no reaccionan con losotros iones de la celda ni con el material de los electrodos#

El electrólito se suele incorporar en un &el para %ue la solución de electrólito noescurra cuando se in ierte el tu o en U#

A medida %ue se produce la oxidación y la reducción de los electrodos, los ionesdel puente salino emi&ran para neutrali>ar la car&a en los compartimientos de lacelda#

.os aniones emi&ran *acia el 5nodo y los cationes *acia el c5todo#

De *ec*o, no se producir5 un "lu)o medi le de electrones a tra !s del circuitoexterno, a menos %ue se proporcione un medio para %ue los iones emi&ren atra !s de la solución de un compartimiento al otro, con lo %ue el circuito secompleta#


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/O ENCIA. ES ANDAR DE REDUCCION

El /otencial de reducción es como se conoce a la tendencia de las especies%u(micas en una reacciónredox o de un electrodo en una celda &al 5nica aad%uirir electrones# Se produce por la reacción de dos semiceldas %ue no est5n en

e%uili rio y se mide en mili oltios por comparación con un electrodo de re"erenciacomo el de *idró&eno# Elpotenciómetro solo permite circular una corrientepe%ueHa, de modo %ue la concentración de las dos semiceldas permanecein aria le# Si sustituimos el potenciómetro por un alam re, pasar(a muc*a m5scorriente, y las concentraciones ariar(an *asta %ue se alcance el e%uili rio# Eneste momento no pro&resar(a m5s la reacción, y el potencial 4E4 se *ar(a cero#Cuando una ater(a +%ue es una celda &al 5nica se a&ota + @9 los productos%u(micos del interior *an lle&ado ale%uili rio, y desde ese momento la ater(a *amuerto#

.a di"erencia de potencial %ue se desarrolla en los electrodos de la celda es unamedida de la tendencia de la reacción a lle arse a ca o desde un estado de noe%uili rio *asta la condición de e%uili rio# El potencial de celda +Ecelda serelaciona con la ener&(a li re de la reacción, B, mediante0

B@-n=Ecelda

E)emplo0

3A&: : Cus ; 3A&s : Cu3:

/otenciales de semicelda

El potencial de una celda es la di"erencia entre dos potenciales de dos semiceldaso de dos electrodos simples, uno relacionado con la semireacción del electrodo dela derec*a +Eder y el otro, con la semirreacción del electrodo de la i>%uierda+Ei>% # /or tanto, de acuerdo con el con enio de si&nos de laIU/AC, si elpotencial de unión l(%uida es desprecia le, o no *ay unión l(%uida, se puedeescri ir el potencial de la celda, Ecelda, como0

Ecelda @ Ederec*a - Ei>%uierda

o ien se le conoce como0

Ecelda @ Ereducción - Eoxidación

Aun%ue no se pueden determinar los potenciales a solutos de los electrodoscomo tales, si se puede determinar con "acilidad los potenciales de electrodorelati os#

http://es.wikipedia.org/wiki/Redoxhttp://es.wikipedia.org/wiki/Redoxhttp://es.wikipedia.org/wiki/Celda_galv%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3n-oxidaci%C3%B3n#Reducci.C3.B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo_est%C3%A1ndar_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metro_(instrumento_de_medida)http://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metro_(instrumento_de_medida)http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/IUPAChttp://es.wikipedia.org/wiki/Redoxhttp://es.wikipedia.org/wiki/Celda_galv%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3n-oxidaci%C3%B3n#Reducci.C3.B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo_est%C3%A1ndar_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metro_(instrumento_de_medida)http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/IUPAC


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Descar&a de una celda &al 5nica

.a celda &al 5nica est5 en un estado de no e%uili rio de ido a %ue la &ranresistencia del olt(metro e ita %ue la celda se descar&ue de manera si&ni"icati a#Cuando se mide el potencial de la celda no sucede nin&una reacción y lo %ue se

mide es la tendencia a %ue suceda la reacción, si se de)a %ue proceda# Si se de)a%ue la celda se descar&ue al sustituir el olt(metro con un medidor de corriente dea)a resistencia, se lle a a ca o la 4reacción espont5nea de la celda4#

ipos de electrodo

Electrodo de re"erencia est5ndar de *idró&eno

/ara %ue los alores de potenciales relati os de electrodo ten&an aplicac(onamplia y sean de utilidad, se emplea una semicelda de re"erencia "rente a la cualse comparan todas las dem5s# Un electrodo como !ste de e ser "5cil de "a ricar,

ser re ersi le y sumamente reproduci le# ElElectrodo est5ndar de *idró&eno +EE$ , a pesar de %ue tiene una utilidad pr5ctica limitada, se *a empleado en todoel mundo durante muc*os aHos como electrodo de re"erencia uni ersal# Es unelectrodo de &as com6n#

/otencial de electrodo y potencial est5ndar de electrodo

/otencial de electrodo

Se de"ine como el potencial de una celda %ue conste del electrodo en cuestión,como el electrodo de la derec*a, y el electrodo est5ndar de *idró&eno, como elelectrodo de la i>%uierda#

/otencial est5ndar de electrodo +E

Se de"ine como su potencial de electrodo cuando las acti idades de todos losreacti os y los productos sean la unidad#

http://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo_est%C3%A1ndar_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_normal_de_electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo_est%C3%A1ndar_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_normal_de_electrodo


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a la de potenciales de electrodo

E)emplos de al&unos potenciales de electrodo

E=EC O DE .A CONCEN RACION EN .A =E1 DE .A CE.DA


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$asta a*ora, la discusión se *a en"ocado en las reacciones redox en la %ue losreacti os y productos est5n en sus estados est5ndar, pero a menudo es di"(cil, y a

eces imposi le, mantener estas condiciones# No o stante, existe una relaciónmatem5tica entre la "em de una celda y la concentración de reacti os y productosde una reacción redox en condiciones %ue no corresponden al estado est5ndar#

Esta es la Ecuación de Nernst

Deducción de la ecuación de Nerst0

/uesto %ue B @ - n=E y B9 @ -n=E9, la ecuación se expresa como0

Di idiendo la ecuación entre -n=, se o tiene0

A 3JK G y aplicando el .o& en ase 29 de ', nos %ueda la ecuación tal como laconocemos#

Durante el "uncionamiento de la celda electro%u(mica, los electrones "luyen del5nodo al c5todo, lo %ue da por resultado la "ormación de los productos y unadisminución en la concentración de los reacti os# As(, aumenta ', lo cual si&ni"ica%ue E disminuye# =inalmente la celda lo&ra el e%uili rio# En el e%uili rio no *aytrans"erencia neta de electrones, de modo %ue E @ 9 y ' @ G, donde G es laconstante de e%uili rio#

Celdas de concentración


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Como el potencial de electrodo depende de las concentraciones de los iones, es"acti le construir una celda con dos semiceldas *ec*as del mismo material, pero%ue ten&an distinta concentración iónica# A este tipo de celda se le conoce comocelda de concentración#

Consideremos el caso en %ue se sumer&en electrodos de >inc en dos disolucionesacuosas de sul"ato de >inc 9,29 1 y 2,9 1# .as dos disoluciones se conectan conun puente salino, y los electrodo se unen con un tro>o de alam re# De acuerdocon el principio de .e C*atelier, la tendencia para la reducción0

8n3: +ac : 3 e- 8n +s

Aumenta con la concentración de los iones 8n3:# /or consi&uiente la reducción selle ar5 a ca o en el compartimento m5s concentrado y la oxidación se producir5en el lado m5s diluido# El dia&rama de la celda es0


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Espontaneidad de reacciones REDOX

Cu en solución de "g # Cu en solución de $n 2#

%roceso espont neo& %roceso no espont neo&


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E.EC RO.ISIS

Una celda &al 5nica se asa en reacciones espont5neas para producir ener&(a# Ala in ersa, es posi le utili>ar ener&(a para producir una reacción REDOX no

espont5nea#

No ocurre la oxidación delcobre ni la reducción del

Tanto la oxidación del cobre co ola reducción del zinc tienen lu!ar.


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" /ara lle ar a ca o una electrólisis se re%uiere0

Una "uente de corriente el!ctrica continua#

Un electrolito +sal "undida o solución acuosa #

Una cu a o tan%ue#

Electródos acti os o inertes#

Ca les conductores#

" A di"erencia de una celda &al 5nica, en una celda electrol(tica el 5nodo espositi o y el c5todo es ne&ati o#

Electrólisis de sales "undidas

.as sales *aloideas de metales alcalinos y alcalinot!rreos "undidas, sedescomponen en la electrólisis, produciendo el metal y el *aló&eno del %ue est5ncompuestos#

Electrólisis en soluciones acuosas

En la electrólisis de una solución acuosa es necesario esta lecer si es el soluto oel a&ua +o incluso el electrodo el %ue se a a reducir u oxidar# En &eneral, de ereducirse la especie %ue ten&a mayor ERED, y de e oxidarse la %ue ten&a mayorEOX +menor ERED #


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Electrólisis de NaCl diluido

Electrólisis de NaCl concentrado


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Electrólisis de CuSO diluido


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Aspectos cuantitati os de la electrólisis

/or este%uiometr(a0

Aspectos cuantitati os de la electrólisis

Cuando a una celda electrol(tica, se aplica una corriente i&ual a la de 2 mol deelectrones, se deposita o li era 2 e% de sustancia#

#i lo$ dato$ $on I %inten$idad de corriente& ' t %tie (o&)


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Celdas m6ltiples

Cuando una car&a el!ctrica circula por dos o m5s celdas electrol(ticas, en cadaelectrodo se deposita o li era el mismo n6mero de e%ui alentes, siendo esten6mero i&ual a la corriente en =araday#/or e)emplo, en tres celdas en serie %ue contienen NaCl +l, CuCl3+l y Al3OF+l seaplica una car&a de 2 =# Entonces en cada c5todo se deposita un e%ui alente deNa +3F & , un e%ui alente de Cu +F2,LM & y un e%ui alente de Al +J & #

A/.ICACIONES DE .A E.EC RO'U 1ICA

=a ricación de pilas y aterias


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