Electro Qumica
Leyes estequiomtricasLasleyes estequiomtriasforman parte de la
historia de laqumicay fueron propuestas antes de la teora atmica
deDaltony de los conceptos de moly formula molecular.Expresan
relaciones de masa de elementos en un compuesto qumico o de
reactivos y productos en una reaccin qumica.
Ley de la Conservacin de la MateriaTambin llamada La ley de
conservacin de la masa o Ley de Lomonsov-Lavoisier en honor a sus
creadores. Fue elaborada independientemente por Mijal Lomonsov en
1745 y por Antoine Lavoisier en 1785. Esta ley es fundamental para
una adecuada comprensin de la qumica. Est detrs de la descripcin
habitual de las reacciones qumicas mediante la ecuacin qumica, y de
los mtodos gravimtricos de la qumica analtica.
Ejemplo:Tomemos por ejemplo la reaccin qumica de formacin de
amonaco a partir de nitrgeno e hidrgeno.N2 + H2 -> NH3
Observamos que en los reactivos hay dos tomos de nitrgeno y dos
tomos de hidrgeno, mientras que en los productos hay slo un tomo de
nitrgeno y tres de hidrgeno. Para que la ecuacin qumica cumpla con
la ley de conservacin de la materia, tenemos que agregar
coeficientes estequiomtricos, de la siguiente manera:N2 + 3H2 ->
2NH3
As logramos que el nmero de tomos sea el mismo en ambos lados de
la ecuacin. Estos significa que dos tomos o dos moles de nitrgeno
reaccionarn con tres tomos o moles de hidrgeno para formar dos
tomos o moles de amonaco. Cuando el coeficiente estequiomtrico es
uno, no se escribe.
Ley de las proporciones definidas
Ley de las proporciones definidas. Enunciada por Louis Joseph
Proust, basndose en experimentos que llev a cabo a principios del
siglo XIX por lo que tambin se conoce como Ley de Proust. Plantea
que cuando dos o ms elementos se combinan para formar un
determinado compuesto lo hacen en una relacin en peso
invariable.Como ejemplo, para obtener sulfato de hierro, debemos
combinar el hierro y el azufre en la siguiente proporcin: 7 partes
de hierro, por 4 partes de azufre. As obtenemos 11 partes de
sulfato de hierro.De acuerdo con la ley tenemos:7g de hierro + 4g
de azufre = 11g de sulfato de hierroCombinando 9gr. de hierro con 4
gr. de azufre, an as conseguimos 11 gr. de sulfato de hierro, pero
sobran 2 gr. de hierro.De la misma forma, al combinar 7 gr. de
hierro con 5 gr. de azufre, vamos a obtener tambin 11 gr. de
sulfato de hierro, pero ahora nos sobrar 1 gr- de azufre.En esta
combinacin, la cantidad de hierro y azufre puede ser diferente de 7
gr. y 4 gr., respectivamente, pero ambas substancias reaccionan
siempre en la relacin de 7 a 4.Esta relacin puede ser tambin
obtenida por la masa atmica de los elemntos. Como la masa atmica
del hierro es 56 y la de azufre 32. Tenemos la proporcion 56:32
Para simplificar, se divide cada uno de estos nmeros por el mximo
divisor comn y llegamos al siguiente resultado: 7:4As podemos
concluir que en la formacin de este compuesto, los elementos con
mayor masa atmica participan en mayor proporcin.Ley de las
proporciones mltiplesLa ley de Dalton o ley de las proporciones
mltiples formulada en 1808 por John Dalton, es una de las leyes ms
bsicas. Fue demostrada por el qumico y fsico francs Luis Hoseph
Gay-Lussac. Dice:Cuando dos o ms elementos se combinan para dar ms
de un compuesto, una masa variable de uno de ellos se une a una
masa fija del otro, y la primera tiene como relacin nmeros cannicos
e indistintos.
Clculos estequiomtricos Clculos de molesLa ecuacin ajustada
muestra la proporcin entre reactivos y productos en la reaccin
de manera que, para cada sustancia en la ecuacin se puede
calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccin. Si
conocemos los pesos moleculares, podemos usar cantidades en
gramos.
Ejemplo.Conversin de moles a gramos:Ejemplo: N2 Cuntos moles hay
en 14,0 g?PM = 14,01 x 2 = 28,02 g/mol
Clculos de masaNormalmente no medimos cantidades molares, pues
en la mayora de los experimentos en el laboratorio, es demasiado
material. Esto, no es as cuando trabajamos en una planta qumicaEn
general mediremos gramos, o miligramos de material en el
laboratorio y toneladas en el caso de plantas qumicasLos pesos
moleculares y las ecuaciones qumicas nos permiten usar masas o
cantidades molaresLos pasos son:Ajustar la ecuacin qumicaConvertir
los valores de masa a valores molaresUsar los coeficientes de la
ecuacin ajustada para determinar las proporciones de reactivos y
productosReconvertir los valores de moles a masa.Para la
reaccin:
Tenemos un exceso de HCl, de manera que est presente todo el que
necesitamos y ms.Ntese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nmero de moles de Ca que pusimos en la
reaccin.
2) 10 g de Ca son 0,25 moles, como tenemos 0,25 moles de Ca,
nicamente se producirn 0,25 moles de H2. Cuntos gramos
produciremos?gramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2
= 0,25 moles x 2,016 (g/mol) = 0,504 g
Cuntos g de CaCl2 se formaron? Tambin sern 0.25 moles. Y
entonces:gramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del
CaCl2 = 0,25 moles x 110,98 (g/mol) = 27,75 g
Electro QumicaUnidad 4DefinicinLa electroqumica es la rama de la
quimica que estudia la transformacion entre la energia electrica y
la energia quimica. Los procesos electroquimicos son reacciones
redox (oxidacion-reduccion) en donde la energia liberada por una
reaccion espontnea se convierte en electricidad o la energa
elctrica se aprovecha para inducir una reaccin qumica.
Reacciones redox En las reacciones redox se transfieren
electrones de una sustancia a otra. La reaccion entre el magnesio
metalico y el acido clorhidrico es un ejemplo de una reaccion
redox:
Recuerde que los numeros que aparecen encima de los simbolos de
los elementos indican sus numeros de oxidacion. La perdida de
electrones durante la oxidacion de un elemento se distingue por un
aumento en su numero de oxidacion. La reduccion de un elemento
implica una disminucion en su numero de oxidacion debida a la
ganancia de electrones.
Fuerza electromotriz (fem) en una celda electroqumica.QU ES LA
FEM?Celdas fotovoltaicas o fotoelctricas. Llamadas tambinceldas
solares, transforman en energa elctrica la luz - natural del Sol o
la de una fuente de luz artificial que incida sobre stas. Su
principal componente es el silicio (Si). Uno de los empleos ms
generalizados en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el
encendido automtico de las luces del alumbrado pblico en las
ciudades.Una celda electroqumica es un dispositivo capaz de
obtenerenerga elctricaa partir dereacciones qumicas, o bien, de
producir reacciones qumicas a travs de la introduccin de energa
elctrica. Un ejemplo comn de celda electroqumica es la "pila"
estndar de 1,5 voltios. En realidad, una "pila" es unacelda
galvnicasimple, mientras unabateraconsta de varias celdasconectadas
en serie.Calculo de la fem y potenciales de xido reduccinLa
termoqumica dice que una reaccin ser espontnea cuando la variacin
de energa libre que la acompaa sea negativa, es decir cuando haya
una disminucin de la funcin de estadoGSiG < 0Por otra parte la
energa elctrica producida por un generador de fem E cuando hace
circular una carga elctrica Q por todo el circuito nos la da la
ecuacin del trabajo elctrico:W = QELa cargaQes la transportada por
los electrones que van de un electrodo a otro, y su valor esdondees
el nmero de moles de electrones yFes la constante de Faraday, que
equivale a la carga, en culombios, transportada por cada mol de
electrones, es decir, (carga del electrn) x (Nmero de Avogadro) =
96500 culombios).ComoGrepresenta el mximo de energa de la reaccin
puede liberar, nos queda:
G= - nFEdonde para queGsea negativo,Edebe ser positivo.
De esta manera se llega a la condicin decisiva para predecir si
una reaccin redox ser espontnea o no:Una reaccin ser espontnea si
la pila formada por sus dos semireacciones tiene una fem positiva.A
medida que la Fem es ms positivamayor espontaneidad del
procesoUnidades de la Fem: Voltios
Cmo se mide?Con un circuito potenciomtricoEvita la polarizacin
de cargas, la cual ocasionara un potencial adicional, que se desea
evitar.Partes de la pilaElectrodo de oxidacin (nodo, prdida de
electrones)Electrodo de reduccin (Ctodo, ganancia de
electrones)Medio para la transferencia de cargaFem = E reduccin - E
oxidacinEn cada electrodo se realiza un trabajoPotencial de
ElectrodosA medida que Eoxidacin es ms (+)Goxidacin es ms (-)Mayor
espontaneidad.A medida que Ereduccin es ms (+)Greduccin es ms
(-)Mayor espontaneidad.Elctron depsito (clculo de elctron
depsito).Electro deposito (calculo de electro deposito).La
galvanoplastia es un proceso mediante el cual se recubre unobjeto
con un metal, gracias al paso de una corriente elctrica por una
celda electroqumica. Es un depsito de una capa metlica sobre un
material no metlico.La galnostegia es un depsito de una capa
metlica sobre un metalLos objetivos de este depsito es el de
proteccin y decoracin.
Un electro depsito se puede obtener bajo las
siguientescaractersticas:1.- uniformidad de depsito2.- brillo3.-
dureza4.- rugosidad5.- adherencia6.- no adherencia7.- quemadoPara
un buen depsito electroltico es importante la limpieza. Las
sustancias a eliminar son:
1.- xidos y productos de corrosin2.- sustancias orgnicas (grasas
y aceites)3.- astillas metlicas
Aplicaciones de electroqumica en electrnica.La electroqumica,
rama de la qumica que estudia lasinterrelaciones entre los procesos
qumicos y los procesoselctricos. El flujo de electrones desde un
punto a otro se llamaCorriente elctrica. Cuando la concentracin de
electrones se igualaen ambos puntos, cesa la corriente elctrica. El
material por el cualfluyen los electrones se denomina conductor.Los
conductores pueden ser de dos tipos: conductores electrnicoso
metlicos, y los conductores electrolticos. La conduccin tienelugar
por la migracin directa de los electrones a travs delconductor bajo
la influencia de un potencial aplicado.El punto principal del
presente trabajo, ser la electroqumica, lasaplicaciones que esta
posee, cules son sus unidadesfundamentales.
ObjetivoLos procesos qumicos son de una relativa importancia
tanto a nivelindustrial como a nivel ecolgico y natural.Con el
desarrollo del trabajo presentado pudimos conocer un pocoms sobre
la electroqumica y su funcionamiento, tambin laaplicacin que esta
tiene a nivel industrial y comercial. Tambinsobre los puntos
relacionados con la electroqumica.Se habl tambin sobre la
electrolisis, los procesos de xido -reduccin y su importancia a
nivel industrial.1. Demostrar que las reacciones qumicas producen
energa y queesta energa es electricidad.2. Que estas reacciones
qumicas son reacciones de oxidacin yotras de reduccin.3. Demostrar
con sencillo ejemplo la fabricacin de una batera Casera.4. Otras
fuentes que desarrollan energa .Aplicaciones de electroqumica en la
electrnica. Las bateras o pilas como comnmente se les conoce, tiene
ms de200 aos de existencia, desde su primer modelo primitivo hasta
lomodernos productos que existen en la actualidad, como
pilasalcalinas, pilas recargables, etc.
Las bateras no han perdido vigencia tecnolgica por el
contrario,cada da se perfecciona, ya en la actualidad se habla de
sistemashbridos, de motores de combustin con sistemas de bateras,
quepronto sern una realidad en nuestras calles.Este experimento
tiene como propsito ilustrar o sencillo que esuna batera, una
simple reaccin qumica que produce energa. Peroa su vez dar luces
que si la crisis energtica se agudiza, prontodeberemos buscar
fuentes de energa alternas para no depender delcombustible fsil
(petrleo)
Una batera es un dispositivo electroqumico el cual
almacenaenerga en forma qumica. Cuando se conecta a un
circuitoelctrico, la energa qumica se transforma en energa
elctrica.Todas las bateras son similares en su construccin y estn
compuestas por un nmero de celdas electroqumicas. Cada una de estas
celdas est compuesta de un electrodo positivo y otro negativo adems
de un separador. Cuando la batera se est descargando un cambio
electroqumico se est produciendo entre los diferentes materiales en
los dos electrodos. Los electrones son transportados entre el
electrodo positivo y negativo va un circuito externo
(bombillas,motores de arranque etc.