Hidrógeno Celdas Galvánicas

• El Hidrogeno prácticamente no se encuentra en estado libre en la tierra, por lo que no es una energía primaria. Sin embargo puede producirse mediante diferentes procesos químicos y bioquímicos.

• Cuando se combina con el oxígeno del aire, libera la energía química almacenada en el enlace H-H, generando vapor de agua como producto de combustión.

• Puede almacenarse como gas a presión y como líquido o distribuirse mediante gasoductos, por lo que se considera que pueda remplazar al gas natural a medio-largo plazo.

Proceso Electrolisis • Gas natural, carbón, agua y energías

renovables. • El agua se divide en hidrógeno y oxígeno

mediante una corriente eléctrica y medio alcalino.

• En el cátodo es producido el hidrógeno (reduce) y en el ánodo es producido el oxígeno (oxida).

• El calor liberado en el proceso se elimina recirculando el agua alrededor de las celdas.

• 4.9-4.6 kWh por cada 3 moléculas de H.• ¿Cómo poder obtener esa electricidad sin

utilización de hidrocarburos?

Aplicaciones Generales

Aplicaciones

• Química• Espacial • Industria del Vidrio • Electrónica• Medio Ambiente

Dato• La vía seleccionada para la

producción del Hidrógeno viene dictada por la economía del proceso, las necesidades del mercado y también por las regulaciones ambientales.

• Puesto que no se producen gases de efecto invernadero durante su combustión, el hidrogeno ofrece un gran potencial para reducir las emisiones de CO2.

Hidrógeno paraCeldas Galvánicas

• Determinación del potencial estándar de celda (ΔE) que es el voltaje asociado con una celda cuando todos los solutos se encuentran a 1 M , 1 atm, 25C°.

• Es siempre positivo y corresponde a la diferencia de potenciales de cátodo (semi-reacion de reducción) y ánodo (semi-reacion de oxidación).

• FEM =ΔE°celda= E°(cátodo) – E°(ánodo) • Estos valores se obtienen enfrentando el electrodo de

refenrencia con un electrodo normal estándar de hidrógeno.

•La corriente eléctrica fluye desde ánodo al cátodo y nos indica el sentido de la reacción química.•La corriente fluye desde el electrodo de Hidrógeno (ánodo) Cobre (cátodo).•La corriente fluye hacia el electrodo de Hidrógeno (cátodo) Zinc.

•Según que al que actúe como polo negativo o positivo en una pila, la reacción que tiene lugar en el electrodo de hidrógeno es:•Ánodo : H2 → 2 H+ + 2 e- ; EºoxiCátodo : 2 H+ + 2 e- → H2 ; Eºred

•Se llama FEM a la diferencia de potencial producida por los electrodos de una celda.

FEM

ENH

Electrodo de Pt platinado

[HX] = C

HX es ácido fuerte(generalmente)

P

Electrodo de hidrógeno

1. El Electrodo Estándar de Hidrógeno (EEH) tiene un potencial de electrodo de 0.000 V. Esto es: EEH = 0.000 V.

El electrodo estándar de hidrógeno es un electrodo de hidrógeno en condiciones estándar (condiciones ideales).

El equilibrio electroquímico asociado a un electrodo de hidrógeno es:

)g(2He2H2

2

)(2/

2

log2

303.2H

o

PH

FRT

gHH

Por lo tanto: VEEHo

gHH000.0

)(2/

Ecel =+ 0,337 - ( - 0,763) = + 1,100 V

Ecuación de Nernts • La Ecuación de Nernst, desarrollada por el

químico y físico alemán Walther Hermann Nernst, es la relación cuantitativa que permite calcular la FEM de una pila, para concentraciones de iones diferentes de una unidad. También usado para cálculos en titulación de oxidación-reducción.

E: Hace referencia al potencial del electrodo.Eº: Potencial en condiciones estándar.R:Constante de los gases.T: Temperatura absoluta (en grados Kelvin).N: Número de electrones intercambiadosF:Constante de Faraday ( con un valor de 96500 C/mol, aprox.)Q= Cociente de reacción

R= 8.314 J/mol (K)

F= 96500 C

Cálculo potencial; Aplicado enTecnología• Pilas alcalinas para dispositivos portátiles.• Baterías recargables de ion-litio.• Pilas de Combustible.

Tema; Hidrógeno.•Eduardo Ramírez Bravo•Viviana de Santiago•Noé HernándezProfesora: María Luisa MendozaGracias.

Cálculo del potencialdel Electrodo

•Cada reacción de semi-celda tiene diversas diferencias de potencial. •Estos potenciales miden la fuerza impulsora de las dos semi-reacciones. •En condiciones estándares el potencial de celda es igual a ;

Ec=Ecátodo-Eánodo •Aplicaciones Pilas alcalinas para dispositivos portátilesBaterías recargables de ion-litioPilas de combustible

•Electroquímica; Estudia la transformación entre la energía química y eléctrica •Procesos espontáneos que implican la transferencia de electrones y por lo tanto son reacciones oxido (ánodo)-reducción (cátodo). •Se le conoce como FEM a la diferencia de potencial entre los dos electrodos de la celda. •Dependiendo de la semicelda con la que se acope el electrodo de hidrógeno, éste puede actuar como ánodo o como cátodo:Si actúa como ánodo el hidrógeno se oxida a iones H+

•Cuando actúa como cátodo le reacción producida es la inversa.• El potencial de electrodo del hidrógeno depende de los siguientes factores:_ La temperatura_ La actividad: para el estándar se utiliza una actividad del ión hidrógeno igual a 1_ La presión: para el estándar se utiliza una presión de 1 atm

•Zn / ZnSO4 (aZn2+=1,00) // CuSO4 (aCu

2+ =1,00 ) / Cu• El proceso global de la celda implica la oxidación del Zna Zn(II) y la reducción del Cu (II) a Cu. Dado que las actividades especificadas son iguales a la unidad, los potenciales estándar son también los potenciales de electrodo. El esquema de la celda (arriba) indica que el Zn es el ánodo, ya que se ha situado a la izquierda. Utilizando los datos de potencial de la tabla correspondiente se calcula el potencial:•Ecel =+ 0,337 - ( - 0,763) = + 1,100 V•El signo positivo del resultado indica que la reacción que tiene lugar:

Zn (s) + Cu2+ ---> Zn2+ + Cu(s)

• De la ecuación anterior se deduce que cuando las actividades son iguales a uno, la constante E0 se hace igual al potencia de semicelda.

El potencial estándar de electrodo E0 es una constante física importante que proporciona información cuantitativa con respecto a la fuerza impulsora de la reacción de una semicelda. Sus características más importantes son:

•

• 1ª- Es una cantidad relativa en el sentido de que es el potencial de una celda electroquímica en la cual el electrodo de referencia es el electrodo estándar de hidrógeno cuyo potencial se ha fijado arbitrariamente en cero voltios: 0 V

•

• 2ª.- El potencial estándar de electrodo E0 se refiere exclusivamente a una reacción de reducción.•

3ª.- Mide la fuerza relativa que tiende a dirigir la semirreacción desde un estado en el que los reactivos y los productos tienen una actividad de uno: 1, hasta un estado en el que los reactivos y los productos alcanzan sus actividades de equilibrio en relación con el electordo estándar de hidrógeno.

•4ª.- Es independiente del número de moles de reactivos y productos de la semirreacción balanceada.

•5ª.- un potencial de electrodo positivo indica que la semirreacción en cuestión es espontánea con respecto a la semirreacción del electodo estándar de hidrógeno. Esto es, el oxidante de la semirreacción es un oxidante más fuerte que el hidrógeno. Un signo negativo indica lo contrario.

•

• 6ª.- El potencial estándar de electrodo para una semirreacción depende de la temperatura.•