Electro Qu Mica

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DefinicionesDefiniciones Se denomina Se denomina electroquímicaelectroquímica a la parte de la a la parte de la

química que estudia la interconversión entre química que estudia la interconversión entre energía eléctrica y energía química.energía eléctrica y energía química.

E. Eléctrica E. Eléctrica ↔ E.química↔ E.química

En las En las celdas galvánicasceldas galvánicas, se aprovecha la energía , se aprovecha la energía liberada por una reacción química espontánea para liberada por una reacción química espontánea para obtener energía eléctrica.obtener energía eléctrica.

En las En las celdas electrolíticasceldas electrolíticas, se utiliza energía , se utiliza energía eléctrica para realizar una reacción química no eléctrica para realizar una reacción química no espontánea.espontánea.

REACCIONES REACCIONES QUÍMICAS QUÍMICAS

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ENERGÍA ENERGÍA ELÉCTRICA ELÉCTRICA

CELDAS GALVÁNICAS

ELECTRÓLISIS

44

Reacciones RedoxReacciones Redox

Todas las procesos electroquímicos implican la Todas las procesos electroquímicos implican la transferencia de electrones, y son por lo tanto transferencia de electrones, y son por lo tanto reacciones de reacciones de óxido-reducción o reacciones redox.óxido-reducción o reacciones redox.

Oxidación: Oxidación: Se pierden e-.Se pierden e-.

Aumenta el Número de Oxidación Aumenta el Número de Oxidación

Reducción: Reducción: Se ganan e-.Se ganan e-.

Disminuye el Número de OxidaciónDisminuye el Número de Oxidación

Electroquímica. Jorge GarciaElectroquímica. Jorge Garcia 66

Proceso redox (Zn +CuProceso redox (Zn +Cu2+2+→ Zn→ Zn2+ 2+ +Cu)+Cu)

Zn

CuSO4


Proceso redox (Zn +CuProceso redox (Zn +Cu2+2+→ Zn→ Zn2+ 2+ +Cu)+Cu)

Depósito de cobre sobre la lámina de zinc.


Electrodo: metal que está conectado a otro por un circuitoexterno.Ánodo: electrodo en el que ocurre la reacción de oxidaciónCátodo: electrodo en el que ocurre la reacción de reducción

99

Celdas GalvánicasCeldas Galvánicas

También conocidas como pilas. Una celda galvánica o voltaica es un dispositivo

experimental que produce corriente electricidad continua a partir de una reacción redox.

Esto se da por un proceso espontaneo. (no necesita fuente de energía)

1010

Celda GalvánicaCelda Galvánica

Puente salinoCobre

(cátodo)

Zinc

(ánodo)

1111

Celda galvánicaCelda galvánica

Cu

Zn

CuSO4

ZnSO4

Los dos vasos están conectados en la parte inferior por una membrana que permite el pasaje de iones. (Puente salino)

1212

ElectrodosElectrodos

En el electrodo de cobre se produce una En el electrodo de cobre se produce una reducción. Se denomina reducción. Se denomina cátodo.cátodo.

En el electrodo de zinc se produce una En el electrodo de zinc se produce una oxidación. Se denomina oxidación. Se denomina ánodo.ánodo.

Se llama Se llama fuerza electromotriz o fem fuerza electromotriz o fem a la a la diferencia de potencial entre los electrodos de diferencia de potencial entre los electrodos de una celda.una celda.

1313

Diagrama de pilaDiagrama de pila

Para esquematizar una pila se comienza por el ánodo y se va indicando todas las especies químicas presentes, marcando con barras las interfases.

Zn | Zn2+ (aq, 1 M) | NaSO4 (sat) | Cu2+ | Cu

1414

Potencial estándar de electrodoPotencial estándar de electrodo

Cu

Zn

CuSO4

ZnSO4

Cuando las concentraciones iónicas son 1 M, el potencial observado en esta pila es de 1,10 V.

Este valor puede obtenerse sumando los valores de potencial de cada semi-celda.

Estos valores se obtienen enfrentando el electrodo con el electrodo normal de Hidrógeno

1515

Electrodo normal de HidrógenoElectrodo normal de Hidrógeno

Eº = 0,00V

1717

Calculo de la Fem de una pilaCalculo de la Fem de una pila

En condiciones estándar (1M,25ºC), se suman En condiciones estándar (1M,25ºC), se suman los potenciales de cada electrodo, teniendo en los potenciales de cada electrodo, teniendo en cuenta si es una oxidación o reducción. cuenta si es una oxidación o reducción.

(Eº(Eºceldacelda = Eº = Eºoxox + Eº + Eºredred ) )

Los potenciales de electrodo son propiedades Los potenciales de electrodo son propiedades intensivas, no se multiplican al multiplicar los intensivas, no se multiplican al multiplicar los coeficientes de la ecuación)coeficientes de la ecuación)

EjemplosEjemplos

1818

1. Calcular la fem para la celda: Zn (s) + Cu2+ (ac) → Zn2+ (ac) + Cu (s)

2. Calcular la fem para la celda: Zn (s) + 2 Ag+ (ac) → Zn2+ (ac) + 2 Ag (s)


PilasPilas

2121

Espontaneidad de las reacciones Espontaneidad de las reacciones redoxredox

ΔΔG = wG = wmaxmax En las celdas galvánicas, En las celdas galvánicas,

wwelecelec = - q. = - q. ΔΔV = - n.F. EV = - n.F. Eceldacelda 1 F =96485 cou = q de 1 mol de e-1 F =96485 cou = q de 1 mol de e- WWelecelec = w = wmaxmax , por lo tanto, , por lo tanto,

ΔΔG = - n.F. EG = - n.F. Eceldacelda

Y en condiciones estándar: Y en condiciones estándar: ΔΔGº = - n.F. Gº = - n.F. EºEºceldacelda

Relacion entre fem, energia libre y Relacion entre fem, energia libre y constante de equilibrioconstante de equilibrio

En condiciones estándar: En condiciones estándar: ΔΔGº = - n.F. Gº = - n.F. EºEºceldacelda

Y como Y como ΔΔGº = - RTlnKGº = - RTlnKcc , queda , queda

Eºcelda = (RT/nF) . ln Kc = 0,06/n log Kc

Ecelda =Eº -0,06/n log Qc

Ecuación de NernstEcuación de Nernst2222


EspontaneidadEspontaneidad

ΔΔGºGº KK E celdaE celda EspontaneidadEspontaneidad

NegativoNegativo >1>1 PositivoPositivo SíSí

00 11 00 EquilibrioEquilibrio

PositivoPositivo >1>1 NegativoNegativo NoNo

EjemplosEjemplos

2424

1. El potencial estándar (fem) a 25 oC es 0.92 V para la siguiente celda: Al (s) + Cr3+ (ac) → Al3+ (ac) + Cr (s)

Calcular el cambio de energía libre estándar (ΔGº) para esta reacción a 25 oC.

2. Usando la ecuación de Nernst, calcular la fem para la celda: Cu (s) + 2 Fe3+ (ac) → Cu2+ (ac) + 2 Fe2+

(s) Si las concentraciones de las especies a 25 oC son:

[Fe3+] = 1.0 x 10-4 [Cu2+] = 0.25 [Fe2+] = 0.20

3. Usando los potenciales estándar de reducción de la tabla, calcular la constante de equilibrio a 25 oC para la reacción:

6 Br-(ac) + Cr2O7

2- (ac) + 14 H+ (ac) ↔ 3 Br2 (ac) + 2 Cr3+ (ac) + 7 H2O (l)

2525

ElectrólisisElectrólisis

Es el proceso por el cual se usa la energía Es el proceso por el cual se usa la energía eléctrica para provocar una reacción eléctrica para provocar una reacción química no espontánea. química no espontánea.

USOS:USOS:Manufactura de metalesManufactura de metalesProducción de hidrógenoProducción de hidrógeno recubrimientorecubrimiento


Electrólisis del cloruro de sodio fundidoElectrólisis del cloruro de sodio fundido

2727

Electrólisis del aguaElectrólisis del agua

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