clase 19 electroquímica
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7/25/2019 Clase 19 Electroqumica
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Fisicoqumica
Electroqumica
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Rama de la qumica que estudia la interconversin entre
la energa elctrica y la energa qumica.
ElectroqumicaElectroqumica
Trata del uso
De las reacciones qumicas
para producir electricidad
(pila)
De la electricidad para
producir reacciones qumicas
(electrlisis)
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Reacciones redox Reacciones espontneas
Pilas galvnicas o voltaicas:Pilas galvnicas o voltaicas: se utilizala energa liberada en una reaccin
qumica espontnea para generarelectricidad. Reacciones no espontneas
Electrlisis:Electrlisis: se utiliza energa elctricapara generar una reaccin qumica noespontnea.
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OX!O"RE!#$$O%
ELECTROQUIMICA
&nO'"( )e(*
+no( ,(
$u ( -g(
+no
( $u(*
+n(*( $u(*
$ual ser la uerzaque impulsa lareaccin en ciertadireccin/
En estas reacciones se produce transerencia de elec
+no +n(* ( * e" OX!-$O%
$u(*( *e" $uo RE!#$$O%
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PO!ER RE!#$0OR
E1E$0RO2#&$-
+n(* ( *e"+n3
)e(*( *e")e3
%i(*( *e"%i3
*,(( *e",*
$u(*( *e"$u3
-g(( e"-g3
Esta escala cualitativase establece e4perimentalment
5Es posible
obtener una escalacuantitativa quee4prese el poder
reductor/
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2#E O$#RRE $#-%!O #% &E0-1 6E6#&ER7E E% #%- 6O1#$O% !E 6#6
O%E6/
ELECTROQUIMICA
SE GENERA UNA DIFERENCIADE POTENCIAL ENTRE LA
SOLUCION Y EL METAL QUEDEPENDE DE LA TENDENCIA DEL
METAL A REDUCIRSE
E =
sol
Este potencial no se puedemedir experimentalmente en
forma aislada
ELECTROQUIMICA
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MINIMAS HERRAMIENTASELECTROQUIMICA
1e8de O9m
i ;aamperio? coulombio=segcarga :
@coulombio A.@3Bues
@ )arada8 BC'BA coulombios
Trabao el!ctrico
De ; 4 q
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Pias!o"aicas#
C$%&'a() & *n 's) C$ 's) & *n%& 'a()E *n se oxidaE C$%&se red$ce #
La ener+,a de a reacci-n se .ierde co/o
caor# Si 0ace/os ($e as reacciones deoxidaci-n 1 red$cci-n se .rod$2can enreci.ien"es se.arados3 .ode/os $sar e
caor de reacci-n .ara 0acer $n "ra4a5oe6c"rico#
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TERMO"I#$MICA "E %I%TEMA%TERMO"I#$MICA "E %I%TEMA%ELECTROQU&MICO%' (ILA% )AL*$#ICA%'ELECTROQU&MICO%' (ILA% )AL*$#ICA%'
%istemas electroqumicos+Aqullos en los que ocurrenreacciones de transferencia de electrones.
Zn !u"Zn" !uZn
!u"
#$%"&
Zn"
!u
Reaccin por contacto directo.As no es un dispositivo 'til para generar
corriente elctrica.
(ila electroqumica Dispositivo en el que se produce unacorriente elctrica (fluo de e&a travs de un circuito) gracias auna reaccin espont*nea ,pila -al./nica o .oltaica0o en quese utili+a corriente elctrica para llevar a ca,o una reaccin
qumica no espont*nea ,c!lula electroltica0.
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Es($e/a .ara a se.aracion de a+en"e oxidan"e 1de a+en"e red$c"or en $na reacci-n redox
-gente o4idanteaceptor de electronesF
-gente reductordonor de electronesF
alambre
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F$5o deeec"rones
6e vuelve negativocuando llegan los
6e vuelve positivocuando salen los
E 7$5o de iones /an"iene a
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E 7$5o de iones /an"iene aeec"rone$"raidad
1os ionesdeben Guir
E .$en"e saino con"iene $n eec"roi"o 8$er"e
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E .$en"e saino con"iene $n eec"roi"o 8$er"econcen"rado
Puentesalino
E disco .oroso .er/i"e e 7$5o de
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E disco .oroso .er/i"e e 7$5o deiones
!iscoporoso
P1- !EE1E$0RO2#&$-
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P1- !E!-%E11
E1E$0RO2#&$-
!onsta de dos semiceldas.
-na con un electrodo de !u en
una disolucin de !u#$%
$tra con un electrodo de Znen una disolucin de Zn#$%.
st*n unidas por un puente salino
que evita que se acumulen cargas
del mismo signo en cada
semicelda. ntre los dos electrodos se genera
una diferencia de potencial que se
puede medir con un voltmetro.
Celda Galvnica
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Celda Galvnica
19.2
Reaccin redoxespontnea
oxidacin
nodo
Reduccin
ctodo
Voltmetro
Ctodo
de co!re
"nodo
de #inc$uentesalino
%olucinde Cu%&'
%olucinde (n%&'
)l (inc se oxidaa (n2*en el nodo
)l Cu2*se reducea Cu en el ctodo
Reaccin neta
+apones de
al,odn
(n-s(n2*-ac * 2e/
(n-s * Cu2*-ac (n2*-ac * Cu-s
2e/* Cu2*-ac Cu-s
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Re.resen"aci-n es($e/9"icade $na .ia
La .ia an"erior se re.resen"ar,a:;nodo P$en"e saino C9"odo
*n 's) *nSO< 'a() C$SO< 'a() C$ 's)
HnodoHnodose e!a a ca4o a o4idacin:o4idacin: *n *n%& & % e #
$todo$todose e!a a ca4o a reduccin:reduccin: C$%&& % e C$#
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F$er2a eec"ro/o"ri2 de a.ia '8e/)
E '>): /ide ca.acidad de a reacci-n .ara/o!er os eec"rones en e circ$i"o#
En as .ias sie/.re E ? @ ># Pia cons$/ida : E @ >#
Se /ide con !o",/e"ros eec"r-nicos# Para Danie 'B*n%& 1 BC$%& = M)E = # > '8e/ es"andar o nor/a)#
Condiciones es"andar: eec"roi"os M 1 +ases a
a"/#
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F$er2a eec"ro/o"ri2: 8e/
La 8$er2a eec"ro/o"ri2 de a .ia '8e/) es adi8erencia de .o"encia en"re s$s eec"rodos/edida a circ$i"o a4ier"o 'sin ($e circ$ecorrien"e .or a /is/a)#
Se /ide $sando $n circ$i"o .o"encio/6"rico# Se /ide con !o",/e"ros eec"r-nicos de /$1
a"a i/.edancia 'resis"encia) de en"rada# C$ando circ$a corrien"e .or a .ia se
.rod$cen os 8en-/enos de .oari2aci-n#
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1UER2A ELECTROMOTRI2 "E LA% (ILA%'1UER2A ELECTROMOTRI2 "E LA% (ILA%'(OTE#CIALE% "E ELECTRO"O'(OTE#CIALE% "E ELECTRO"O'
/a corriente elctrica fluye de,ido a una diferencia de potencial entre
los dos electrodos0 llamada fuer3a electromotri3(fem0 ).
(&) ()
-nidades voltios (1)
2 3 4elec3 q
5uer+a impulsora
2
q 3 n 5 6 5 3 78%9: !mol&;
) 4 n 1
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Mic5ael 1arada6(; 0=Reaccin no espont*nea 2 @ ? < 0 (la reaccin espont*nea ser* la inversa)=quili,rio 2 3 ? = 0 (no se produce energa elctrica6 la pila se a agotado)
n condiciones est*ndar 2B 3 n 5 B(!oncentraciones de los iones 3 ; C)
B es una propiedad intensi.a
Po"encia de eec"rodo
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Po"encia de eec"rodoes"andar
Gran can"idad de .ias es"andar ($e .$eden
ar/arse '1 8e/s es"andar .ara /edir)# Pensa/os a cada eec"rodo 0aciendo $na
con"ri4$ci-n carac"er,s"ica a a .ia: E@# E@: sie/.re se escri4en en a 8or/a de red$cci-n# E@/ide a 8$er2a ($e "iene a se/ireacci-n de
eec"rodo .ara a"raer 0acia si e 7$5o deeec"rones#E@= E@'c9"odo) E@'9nodo)
*n 's) *nSO< 'M) C$SO< 'M) C$ 's)E@= E@'C$%&3C$) E@'*n%&3*n) = 3 >
ELECTROQUIMICA
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ELECTRODO NORMAL DE HIDROGENOELECTRODO NORMAL DE HIDROGENOQ
Eec"rodo : P"
Gas H%a a"/
BH&= M
Te/.era"$ra : %@C
CONDICIONES
NORMALES OSTANDARD
E3 potencial normal 3 ;
Pt=,*@atmF=,(@&F
*,(( *e",*
!E0ER&%-$O% !E PO0E%$-1E6 %OR&-1E6
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!E0ER&%-$O% !E PO0E%$-1E6 %OR&-1E6
E3 E$ " E-
+nsF +n *(@&F , (@&F , *g@Nmol-29A @
n -9?D M>VNmolln K8
8.2D V
nln KEcell
8.D92 V
nlo, KE
cell
)spontaneidad de las reacciones redox
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19.'
&currir la si,uiente reaccin en orma espontnea a2DC i OF 2 P M OCd2 P 1 M7
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2DC si OFe2*P 8 . M6 OCd2*P 8 .1 M7Fe2*-aq* Cd -s Fe -s* Cd2*-aq
2e/* Fe2* 2FeCd Cd2** 2e/&xidacin :
Reduccin :n8 2
E
0
8 /.'' ; -/.'E08 /.' V
E08 EFe /Fe E!d /!d0 0
2+ 2+
/ .2D Vn ln "EE8
/.2D V
2ln/.' VE8
.1.
E8 .15
EQ )spontnea
19.D
ELECTRODO PLATA CLORURO DE PLATAE1E$0RO2#&$-
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ELECTRODO PLATACLORURO DE PLATA
-g(( e" -g3
-g(( $l" -g$l
Jps >-g(
?>$l"
?
>-g(? Jps=>$l"?
E E3( R0=) ln >-g(?
E E3( R0=) ln Jps=>$l"?-g=-g$l=$l"cF
ELECTRODO FERRICOFERROSOE1E$0RO2#&$-
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ELECTRODO FERRICOFERROSO
)e(A( e" )e(*
Pt =)e(A c@F=)e(*c*F
E E3( R0=n) ln >)e(A?=>)e(*?
ELECTRODOS DE REFERENCIAE1E$0RO2#&$-
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ELECTRODOS DE REFERENCIA
$-1O&E1
Pt=,g< ,g*$l*< $lJsatF
En la prcticaconviene usar
este elctrodo enlugar del electrodo
normal de 9idrgeno
,g=,g*$l*=$l$alomel
,g=,g*$l*=$l$alomel
P1-6 !E $O%$E%0R-$O%
E1E$0RO2#&$-
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P1-6 !E $O%$E%0R-$O%
$O%0R-%6POR0E
,(
$l"
c@K c*
PILAS DE CONCENTRACIONE1E$0RO2#&$-
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6%0R-%6POR0E
E E-g$l< -g
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=
=
+=
;
"
?
;
"?
ln
?
ln
c
c
%
&'
c
c
%
&'
-g=-g%OAc@F == -g%OAc*F=-g c@Kc*
$todo : -g(c*F ( @e L -g
-nodo: -g L -g(
c@F ( @e
Reaccin neta:
-g%OAc*F L -g%OAc@F
Electrlisis
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=a electrlisis es el proceso en el cual se usa laener,a elctrica para provocar reacciones qumicas
no espontneas .
Aplicaciones de la electrlisis
6e utiliza industrialmente para obtener
metales a partir de sales de dic9os metalesutilizando la electricidad como uente deenerga.6e llama galvanoplastia al proceso derecubrir un obMeto metlico con una capa Nna
de otro metal:
EMemplo:EMemplo: +n*(( * e+n cincadoF
Eec"r-isis de NaC
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*%a ( $l* * %a$l
es espontnea 8a que E3$l*=*$lF E3%a(=%aF
1a reaccin contraria ser no espontnea:
* %a$l * %a ( $l*6i quisiramos armar la pila: RedRed. ctodoF:. ctodoF: * %a(aqF ( *e * %a sF
O4id.O4id. nodoF:nodoF: *$laqF $l*gF ( *e Epila Ecatodo Enodo *
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ind$s"ria
$todo : * %a(lF ( *e* %a lF
Hnodo : *$llF $l*gF ( *e
Reaccin global : * %a$llF * %alF ( $l*
Electrlisis del agua
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$todo : ',(( 'e"*,*
Hnodo : *,*O O*( 'e"( ',(
Reaccin global : *,*O O*( *,*
1e8es de )arada8 de laelectrlisisF
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electrlisisF@." 1a masa de un elemento determinado depositado en unaelectrlisis es independiente de la composicin qumica delelectrolito< siempre que el elemento actQe con el mismo
nQmero de o4idacin.
*."1as masas de distintos elementos depositados en unmismo circuito electroltico son directamenteproporcionales a sus equivalentes qumicos.
A."1a cantidad masaF de un elemento determinadodepositada en una celda electroltica dependee4clusivamente de la cantidad de electricidad que 9acirculado por ella 8 es directamenteproporcional a la misma.
= =
?@@ 7 =>?@@eq atM I t M I tm g
n e
A(LICACI9#+ (ILA% BATER&A%'A(LICACI9#+ (ILA% BATER&A%'
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Hila seca
Patera de plomo
Patera de nquel&cadmio
!eldas de com,usti,le
Pateras primarias.
Pateras secundarias
Pateras de fluo y celdas de com,usti,le.
Pateras
emplos
Ceda .ri/aria: .rod$ce eec"ricidad de os
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Ceda .ri/aria: .rod$ce eec"ricidad de osco/.$es"os ($,/icos ($e es"9n seados den"ro deea c$ando se 8a4rica# No .$ede ser recar+ada#C$ando a reacci-n de a ceda 0a acan2ado e
e($ii4rio3 se descar"a# E5#: Pia seca# Inicia/en"e da3> .ero cae a @3 > c$ando se e/.ie2an aac$/$ar os .rod$c"os den"ro de ea#
Ceda sec$ndaria: de4e ser recar+ada an"es de ser$sada# Pias recar+a4es# En e .roceso de car+a3 a8$en"e ex"erna de eec"ricidad "e/.oraria/en"ere!ier"e a reacci-n es.on"9nea de a .ia 1 sees"a4ece $na /e2ca de reac"i!os en noe($ii4rio#Des.$6s de a car+a3 a ceda .$ede n$e!a/en"e.rod$cir eec"ricidad /ien"ras a reacci-n "ransc$rrees.on"anea/en"e a e($ii4rio 'e5#: ac$/$ador deP43 .ia NiCd)
Ceda de 7$5o o de co/4$s"i4e: en "odo /o/en"o se
s$/inis"ra ex"erna/en"e os eec"roi"os ($e secons$/en en a reacci-n#
s($e/a e a ce a e a a er a e . o/o ac os$8$rico
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6olucinde
,*6O
'
7rilla de PbnodoF
PbO*depositadosobre grilla dePbctodoF
)luMo de e"
Una .ia secaco/n
barra de
-
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barra degraNto
ctodoF
-nodo de +nPasta de &nO*