electroquímica
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Electroquímica. Definiciones. Se denomina electroquímica a la parte de la química que estudia la interconversión entre energía eléctrica y energía química. E. Eléctrica ↔ E.química - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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ElectroquímicaElectroquímica
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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.
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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
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Reacciones Redox (Ejemplo)Reacciones Redox (Ejemplo)Ataque del Mg por ácido clorhídricoAtaque del Mg por ácido clorhídrico
Ecuación molecular:Ecuación molecular:
Mg + 2 HCl Mg + 2 HCl → MgCl→ MgCl2 2 + H+ H22
Ecuación iónica:Ecuación iónica:
Mg + 2 HMg + 2 H+ + → Mg→ Mg2+2+ + H + H2 2
(Los Cl(Los Cl-- son iones espectadores) son iones espectadores)
Semiecuación de reducción: 2 HSemiecuación de reducción: 2 H+ + +2e- → H+2e- → H22
Semiecuación de oxidación: Mg → MgSemiecuación de oxidación: Mg → Mg2+2+ + 2e- + 2e-
Electroquímica. Jorge GarciaElectroquímica. Jorge Garcia 55
Proceso redox (Zn +CuProceso redox (Zn +Cu2+2+→ Zn→ Zn2+ 2+ +Cu)+Cu)
Zn
CuSO4
Electroquímica. Jorge GarciaElectroquímica. Jorge Garcia 66
Proceso redox (Zn +CuProceso redox (Zn +Cu2+2+→ Zn→ Zn2+ 2+ +Cu)+Cu)
Depósito de cobre sobre la lámina de zinc.
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Celdas GalvánicasCeldas Galvánicas
En el ejemplo anterior, los electrones se En el ejemplo anterior, los electrones se transfieren directamente desde el Zn al Cutransfieren directamente desde el Zn al Cu2+2+..
Si se pudieran separar físicamente el oxidante Si se pudieran separar físicamente el oxidante del reductor, se podría forzar el paso de e- por del reductor, se podría forzar el paso de e- por un conductor. un conductor.
De esta forma se generaría una corriente De esta forma se generaría una corriente eléctrica. (se está realizando eléctrica. (se está realizando Trabajo Eléctrico.Trabajo Eléctrico.
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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)
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Celda GalvánicaCelda Galvánica
Puente salinoCobre
(cátodo)
Zinc
(ánodo)
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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.
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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
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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
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Electrodo normal de HidrógenoElectrodo normal de Hidrógeno
Eº = 0,00V
Electroquímica. Jorge GarciaElectroquímica. Jorge Garcia 1414
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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
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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)
Electroquímica. Jorge GarciaElectroquímica. Jorge Garcia 1717
PilasPilas
Electroquímica. Jorge GarciaElectroquímica. Jorge Garcia 1818
PilasPilas
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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 Nernst2020
Electroquímica. Jorge GarciaElectroquímica. Jorge Garcia 2121
EspontaneidadEspontaneidad
ΔΔGºGº KK E celdaE celda EspontaneidadEspontaneidad
NegativoNegativo >1>1 PositivoPositivo SíSí
00 11 00 EquilibrioEquilibrio
PositivoPositivo >1>1 NegativoNegativo NoNo
EjemplosEjemplos
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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)
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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
Electroquímica. Jorge GarciaElectroquímica. Jorge Garcia 2424
Electrólisis del cloruro de sodio fundidoElectrólisis del cloruro de sodio fundido
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Electrólisis del aguaElectrólisis del agua