ELECTROQUÍMICA

ELECTROQUÍMICA PRESENTADO POR:

• JONATHAN HENAO VALENCIA

• DANIELA LÓPEZ ZULUAGA

• JUAN JOSÉ OLMOS CAMPO

• GERARDO ANDRÉS RAMOS TRUJILLO

UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO.

ARMENIA QUINDÍO.

¿QUÉ ES LA ELECTROQUÍMICA?

Se define como el estudio de los procesos de reacción que ocurre en la interfase conductor-disolución, generados espontáneamente o por

medio de una perturbación externa con el objetivo de resolver un problema de tipo

químico. [1]

HISTORIA

- Leyes de Faraday: Procesos Faradaicos.- Ley de Coulomb- Ley de Ampere- Leyes de Arrhenius- Leyes de Maxwell- Diagramas: Latimer y Pourbaix.

LEYES DE FARADAY1ª. Ley de Faraday : “ La masa de un producto obtenido o de reactivo consumido durante la reacción en un electrodo es proporcional a la cantidad de carga (corriente por tiempo) que ha pasado a través del circuito. Dicha ley permite calcular la cantidad de electricidad (en Coulomb o Faraday) para depositar un eq-g de una sustancia. 2ª. Ley de Faraday: “ Las masas de diferentes sustancias producidas por el paso de la misma cantidad de electricidad son proporcionales a sus equivalentes gramos.” Permite calcular la masa de diferentes sustancias de diferentes sustancias depositadas por la misma cantidad de elemento depositado por Fraday se conoce como equivalente electroquímico. [2]

PROCESOS FARADAICOS PROCESOS NO FARADAICOS

LEY DE COULOMBLa ley de Coulomb señala que la fuerza F (newton, N) con que dos

carga eléctricas Q y q (culombio, C) se atraen o repelen es proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional

al cuadrado de la distancia r (metro, m) que las separa. [3]

Fig. Nº1. Ecuación Coloumb.

LEY DE AMPERELa ley de ampere relaciona una intensidad de corriente eléctrica con el campo magnético que esta produce.

Es utilizado en conductores considerados teóricamente de longitud infinita por ejemplo es utilizado para calcular el campo alrededor de un conductor rectilíneo.

Ampere se inspiró en la ley de Biot-Savart :

de la cual pudo establecer en 1826 una relación general entre las magnitudes de la ecuación anterior sin depender de la forma del conductor, lo cual dijo que:

• B= campo magnético.• I= intensidad de corriente • µ= permeabilidad magnética

Dicha ley se utiliza para obtener el campo magnético producido por diferente tipos de corrientes. [4]

LEYES DE ARRHENIUS Arrhenius propuso en 1887 la Teoría de la disociación electrolítica, la cual está basada en la idea de que los electrolitos se disocian en iones al ponerse en contacto con el agua. Postulados de la Teoría de Arrhenius:

1. Los electrolitos al disolverse en el agua se disocian parcialmente en iones, los cuales son átomos o radicales con carga eléctrica.

2. El número de cargas eléctricas transportadas por cada ión es igual a su valencia y el número total de cargas de los cationes es igual al total de cargas de los iones, de allí que las soluciones electrolíticas sean eléctricamente neutras.

3. La ionización es un proceso reversible y se establece un equilibrio, propio de cada electrolito, entre las moléculas no disociadas y los iones.

4. Los iones deben ser considerados como especies químicas con sus propiedades características. [5]

LEYES DE MAXWELL- La primera ley de Maxwell establece que la divergencia de un campo eléctrico en un punto

cualquiera debe ser igual a la densidad de carga en aquel punto dividida por la permitividad del medio material. En el caso del vacío es: ;donde es la densidad de carga y es la permitividad del vacío.

- La segunda ley de Maxwell dice que la divergencia de un campo magnético B debe ser cero en cualquier punto: : = 0

- La tercera ley de Maxwell dice que el rotacional del campo eléctrico E en un punto cualquiera es igual al ritmo de variación (la derivada respecto al tiempo) del campo magnético B en aquel mismo punto, cambiado de signo: = -

- La cuarta ecuación de Maxwell relaciona el rotacional del campo magnético B con la densidad de corriente eléctrica j y con la variación del campo eléctrico E mediante la condición siguiente: : = ) ; donde y son, respectivamente, la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del medio material. [6]

DIAGRAMA DE LATIMEREl diagrama de Latimer resume los datos cuantitativos de los potenciales

normales (en voltios) redox para un elemento químico en cualquiera de los compuestos que pueda formar, y por tanto en cualquiera de sus posibles estados de oxidación. En el diagrama de Latimer de un elemento el valor del potencial normal se escribe sobre una línea horizontal que conecta especies del elemento en sus diferentes estados de oxidación. La forma más oxidada del elemento se escribe en la parte izquierda, y hacia la derecha aparecen, sucesivamente, los

estados de oxidación inferiores. [7]

Fig. Nº2 Diagrama Latimer.[7]

DIAGRAMA DE POURBAIX

Un diagrama de Pourbaix es una representación gráfica del potencial (ordenada) en función del pH (abscisa) para un metal dado bajo condiciones termodinámicas standard (usualmente agua a 25 ºC). El diagrama tiene en cuenta los equilibrios químicos y electroquímicos y define el dominio de estabilidad para el electrólito

(normalmente agua), el metal y los compuestos relacionados, por ejemplo, óxidos, hidróxidos e hidruros. Tales diagramas puedes construirlos a partir de cálculos basados en la ecuación de Nernst y en las constantes de equilibrio de

distintos compuestos metálicos. [7]

[8]

Fig. Nº3 Diagrama de Pourbaix.[7]

PRINCIPIOS TEÓRICOS DE LA ELECTROQÚIMICA

- Resistencia (R)- Voltaje (V)- Corriente (I) - Ánodo- Cátodo- Electrodo- Electrolito

- Fuerza Electromotriz (FEM)- Banda GAP- Banda de Valencia- Banda de conducción- Potencial eléctrico- Fuerza - Reacciones redox

Fig. Nº4 Esquema general de electroquímica

CELDAS GALVÁNICAS

Fig. Nº5 Celda galvánica [8]

CELDAS ELECTROLÍTICAS

Fig. Nº6 Celda electrolítica [9]

APLICACIONES Y USOS

• Descomposición electrolítica.• Se realizan procesos de extracción y fabricación a nivel industrial.• Horno eléctrico para producir AL, Mg y Na• Refinación de Pb, Sb, Cu, Au y Ag• Galvanotecnia: deposición de películas de metales preciosos en metales bases.

[10]

PROCESOS ELECTROANÁLITICOS

Fig. Nº7 Técnicas electroanalíticas

Fig. Nº8 Técnicas electroanalíticas 2 [11]

FRONTERAS • Aplicaciones en la actualidad:

• Baterías: aprovechan la tendencia de muchas sustancias a intercambiar electrones--pila salina -pila alcalina -batería de Li-Mg -batería +acida de plomo - batería de NiMH -batería de ion Li.

• Biosensores: Dispositivo con bioreceptor para detectar especies biológicas y un transductor de señal biológica que la convierte en señal eléctrica medible.

• Sensores amperométricos.

• Sensores potenciométricos.

• Síntesis electroquímica: Tanto para compuestos orgánicos como inorgánicos, una de sus ventajas es que el reactivo es el electrón, lo que implica bajos costos y una fácil obtención. [12]

BIBLIOGRAFÍA[1] BAEZA, Alejandro. GARCÍA, Arturo. Principios de electroquímica analítica. [En línea]. {Consultado: Septiembre 24 -2015}. Disponible en < http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/DOC_APOY_FUNDAMENTOS_ELECTROANALITICA_2011_16333.pdf >

[2] HEPLER, Lorent G. Principios de química. Carnegie institute of technology, editorial Reverte, S.A.

[3] CORREA AMAYA, Carlos Arturo. Fenómenos químicos, textos académicos, universidad eafit, fondo editorial.

[4] MOSCA, Tipler. Física para la ciencia y la tecnología. Quinta edición, volumen 2, editorial reverte.

[5] REQUEIJO, D. y Requeijo A. (2002). Química. Editorial Biosfera. Irazábal A. y de Irazábal C. (S/A). Química. Ediciones CO-BO.Mahan. Química. (1977). Fondo Educativo Interamenricano. . [En línea]. {Consultado: Septiembre 24 -2015}. Disponible en < http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/quimica/Tema15.html >

[6] MUÑOZ BONASTRE, Jordi. Leyes de Maxwell. [En línea]. {Consultado: Septiembre 24 -2015}. Disponible en < https://www.exabyteinformatica.com/uoc/Fisica/Fisica_II_ES/Fisica_II_ES_(Modulo_4).pdf>

[7] ATKINS, P; SHRIVER, D.F.; OVERTON, T.; Rourke, J.; Weller, M.; Armstrong, F.: “Química inorgánica”, Ed. McGraw-Hill, 2008, pág. 153-158.

[8] CEDRÓN J.; Landa V.; Robles J. Celdas galvánicas o voltaícas. [En línea]. {Consultado: Septiembre 24 -2015}. Disponible en < http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/42-celdas-galvanicas-o-celdas-voltaicas.html>

[9] SÁNCHEZ, Javier. Electrólisis de sales fundidas y disueltas (NaCl). [En línea]. {Consultado: Septiembre 24 -2015}. Disponible en < http://elfisicoloco.blogspot.com.co/2013/04/electrolisis-de-sales-fundidas.html>

[10] BORISOV,E. Y Z Piantnova: Los secretos de los Semiconductores. Traducido del ruso por justo Noriega . Editorial Mir, Moscú, s/a.

[11] SKOOG, DOUGLAS A.; Holler, F. James; Crouch, Stanley R.. "Principios de análisis instrumental, 6ª edición" Editorial: Cengage Learning Editores. Año 2007.

[12] ] LÓPEZ, Gil M.A., Ortega Ortiz F. (2002). Inmunosensores: herramientas analíticas con un gran potencial de futuro. [En línea]. {Consultado: Septiembre 24 -2015}. Disponible en <en www.schironia.com>