celdas galvanicas

5/25/2018 celdas galvanicas

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ELECTROQUIMICACELDAS GALVANICAS,ELECTROLISIS Y

ELECTROQUIMICAAPLICADA


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QUE ES LA ELECTROQUIMICA?

Es la parte de la qumica que se encargadel estudio de las relaciones cualitativas ycuantitativas existentes entre la energaelctrica y las reacciones qumicas. Ya queesta relacin implica que en las reaccionesdebe haber una transferencia de

electrones, necesariamente hablamos dereacciones del tipo REDOX.


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Reaccionesqumicas

Energa

elctrica


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CELDAS GALVANICAS

Introduccin:Qusucede cuando unalamina de zinc essumergido en una

solucin de sulfatocprico?

Podemos notar que se lasolucin se decolora,adems de que aparecesobre la superficie delzinc una coloracin rojiza.Por qu?


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CELDAS GALVANICAS Lo que hemos visto anteriormente se puede

definir como una reaccin redox, pero sinos ponemos a analizar, estas reaccionesredox implican una transferencia de electrones(es decir corriente elctrica).

Una corriente elctricaimplica la transferencia

de cargas elctricas(no necesariamenteelectrones, tambin pueden ser iones).


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CELDAS GALVANICAS


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CELDAS GALVANICAS

Qu sucede en la pila de Daniell?

Existe una transferencia de electrones

desde el zinc hasta el cobre a travsdel alambre conductor externo,llevndose a cabo la oxidacin del

zinc y la reduccin de los ionescprico en cobre metlico.


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CELDAS GALVANICAS

CUALES SON LOS COMPONENTES DEUNA CELDA GALVANICA?La hemicelda en la cual se lleva a cabo la

reaccin de reduccin se llama ctodo,mientras que la hemicelda en la que selleva a cabo la oxidacin se denominanodo. Las hemiceldas estn unidas por elalambre conductor externo y el puentesalino.


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CELDAS GALVANICAS

UN PUENTE SALINO?Un puente salino es un dispositivo quecontiene una dispersin inica (puede

ser una solucin salina o una saldispersa en gel de Agar Agar). Tiene porobjetivo:

1. Separar fsicamente las hemiceldas.2. Unir elctricamente las hemiceldas.3. Evitar la polarizacin de celdas.


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CELDAS GALVANICAS

Pero segn lafsica, para que hayaflujo de cargas (en

este casotransferencia deelectrones) tiene queexistir una diferencia

de potencial esotambin se aplica eneste caso?


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CELDAS GALVANICAS

En el caso de las celdas galvnicastambin debe existir una diferencia depotencial elctrico, y el trabajo que realiza

cada unidad de carga al ir de un punto aotro se denomina FUERZAELECTROMOTRIZ (f.e.m.).Estas magnitudes sonnumrica y dimensionalmenteiguales.


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CELDAS GALVANICAS

Cmo se determina la f.e.m. de unacelda?Ya que es igual a la diferencia depotencial, lo que se hace es darle valoresreferenciales de potencial a los diversosprocesos de oxidacin y reduccin. Estos

valores dependen de las condiciones detemperatura, presin y concentracin enque se lleve a cabo el proceso.


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CELDAS GALVANICAS

El electrodo estndarde hidrogeno es undispositivo en loscuales hay ioneshidronio enconcentracin 1M ehidrogeno gaseoso a1 atmsfera, el

sistema se mantienea 25C (condicionesstandard)


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CELDAS GALVANICASCuando el electrodo de hidrgeno se usa en laconstruccin de una celda galvnica junto con otroelectrodo, permite calcular el potencial estndar deste electrodo.


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CELDAS GALVANICAS

Los potenciales estndar de oxidacin oreduccin son valores que estn tabuladosy que se toman como referencia para

poder determinar el potencial de la celda. Los potenciales de semireaccin son

propiedades intensivas de la materia. Estn calculados tomando en cuenta las

condiciones estndar de las semiceldas.


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CELDAS GALVANICAS

De acuerdo a la listaanterior, indique deentre las sustancias:

A. Quin es el mejoragente reductor?

B. Quin es el mejoragente oxidante?

El agente reductor esaquel que se oxida,por lo tanto el mejor

agente reductor es ellitio (Li). El mejor agente

oxidante es el que se

reduce, en este casoel ion fluoruro (F).


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CELDAS GALVANICAS

NOTACION DE UNA CELDA GALVANICA.

Las celdas galvnicas se van a denotar mediante el uso

de semiecuaciones en las cuales solo se indiquen losreactantes y productos de cada semicelda.


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CELDAS GALVANICAS

ECUACION DE NERNST

Esta expresin

matemtica nospermite calcular elpotencial de unacelda o semicelda

(nodo o ctodo) acondiciones noestndar.

E: potencial no estndarE: potencial estndarn: cantidad de electrones

transferidos por unidad

estructural o ecuacinqumica.Q: cociente de reaccin (en

equilibrio es Keq).

E = E - 0.059 Log Qn


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CELDAS GALVANICAS

Caractersticas del potencial de oxidacino reduccin:

1. Zn/Zn+2 E= 0.76 V entoncesZn+2/Zn E= -0.76V

2. Cu+2/Cu E= 0.34V entonces

2Cu+2/2Cu E= 0.34V3. E(celda) = E (nodo) + E (ctodo).


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CELDAS GALVANICAS

ESPONTANEIDAD DE LOS PROCESOS REDOX:

La espontaneidad de los procesos redoxdepende del valor del potencial de celda: Si E = (+) el proceso es espontneo

Si E = (-) el proceso no es espontneo. Si E = 0 entonces el proceso esta en

equilibrio ( y Q = Keq).


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CELDAS GALVANICAS

Seria correcto poner una solucin denitrato de plata 1M en un recipiente decobre a 25 C?

Rpta: analicemos los potenciales de lasprobables reacciones:Ag+/Ag E = 0.80 V

Cu/Cu+2 E =-0.34 VE celda = 0.44 VNo seria recomendable, ya que la solucin

reaccionaria con el recipiente.


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ELECTROLISIS

La electrolisis es un proceso NOESPONTANEO en el cual una diferencia depotencial genera una fuerza electromotriz

que permite la transferencia de electronesde una sustancia a otra (proceso redox).La electrlisis tiene un gran cantidad de

aplicaciones hoy en da, tales como laobtencin de metales, produccin de leja,etc.


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ELECTROLISIS

Partes de una celdaelectroltica:

Fuente de corriente

continua (celdagalvnica) Electrolito

Electrodos (dispositivosque permitan elcontacto entre elelectrolito y la FCC).


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ELECTROLISIS

Los electrodos se pueden clasificar segn:El proceso que se lleva a cabo:1. nodo: en donde se lleva a cabo la

oxidacin2. Ctodo: donde se lleva a cabo la reduccinLa reactividad del electrodo:

1. Activos (hierro, cobre, etc.)2. Inertes (grafito, diamante, paladio,

etc.)


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ELECTROLISIS

ELECTROLISIS DE SOLUCIONES ACUOSAS

Cuando el electrolito es una sal fundida como en

el ejemplo anterior, es fcil determinar queproductos se van a formar, en cambio si elelectrolito es una solucin acuosa, aparte de losaniones y cationes, en el electrolito se encuentrapresente el agua, el cual podra oxidarse y/oreducirse, segn sea el caso.


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ELECTROLISIS

Se debe considerar las siguientes reglas:1. En solucin acuosa los iones del grupo

IA y el Mg+2 no se reducen, en su lugar

el agua lo hace produciendo hidrogenomolecular.2. En solucin acuosa los oxoaniones

perclorato, permanganato, sulfato,nitrato y fosfato no se oxidan, en sulugar el agua lo hace produciendodioxigeno.


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ELECTROLISIS

3. Cuando la solucin acuosa es muy diluida(menor a 0.1 M), no se considera la electrolisisdel electrolito, solo la oxidacin y reduccin del

agua (electrolisis del agua).

Se debe considerar que en la realidad es muycomn trabajar con la electrolisis de lassoluciones acuosas, ya que esto disminuye elgasto de combustible.


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ELECTROLISIS

Ejemplo: electrolisis de la salmuera:


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ELECTROLISIS

Ejemplo: electrolisis del sulfato de cobre.


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ELETROLISIS

ELECTROLISIS DELAGUA ACIDULADA:El agua acidulada es

una solucin muydiluida de acidosulfrico, en ella ,solo el agua se oxida

y reduce.


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ASPECTOS CUANTITATIVOS DE LAELECTROQUIMICA

Tanto las celdas galvnicas como lasceldas electrolticas cumplen con lasrelaciones estequiomtricas, en las cuales

se debe considerar:

1 mol de electrones = 96500 C = 1 Faraday


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ASPECTOS CUANTITATIVOS DE LAELECTROQUIMICA

EJEMPLO: Si a travs de una solucin deyoduro de potasio se hace pasar unacorriente de 1.93 A por 5 min., indique la

cantidad de producto formado en cadaelectrodo, teniendo en cuenta que el pesoatmico del potasio es 39 UMA y del Yodo

es 127 UMA.


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ELECTROQUIMICA APLICADA

Mediante laelectrolisis delhidrxido de potasio

fundido, HumphreyDavy en 1907 pudoobtener por primeravez el potasio puro.


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ELECTROLISIS INDUSTRIAL DE LA SAL FUNDIDA


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OBTENCION DE HIDROXIDO DE SODIO


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Proceso Hall para la obtencin de aluminio


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ELECTROREFINACION DEL COBRE


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CORROSION


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PREVENCION DE LA CORROSION


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PILA PRIMARIA (SECA O DE LECLANCH)


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ELECTROQUIMICA APLICADAPILA SECUNDARIA: ACUMULADOR DE

PLOMO


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Las reacciones en la celda son:nodo :

Zn + 2 OH -ZnO + H2O + 2e-

Ctodo :HgO + H2O +2 e-

Hg + 2 OH-GlobalZn(Hg) + HgO ZnO + Hg


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CELDAS DE COMBUSTIBLE

celdas galvanicas

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