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(Óxido reducción) Electroquímica
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APRENDIZAJES ESPERADOS
• Distinguir entre celdas galvánicas y electrolíticas.
• Describir los potenciales normales de reducción.
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ELECTROQUÍMICA
Implica la interrelación de fenómenos eléctricos y procesos químicos.
Celda Galvánica
Celda Electrolítica
Produce corriente eléctrica (proceso espontáneo)
Requiere corriente eléctrica (proceso no espontáneo)
BateríasElectroobtención
de minerales
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Electrólisis
• La base del funcionamiento de una celda galvánica y una celda electrolítica esta en la electrólisis, en la cual una sustancia conductora de la corriente eléctrica (electrolito) es sometido a cambios químicos al hacer por ella una corriente continua mediante la introducción de electrodos
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CELDA GALVÁNICA
Corresponde a una reacción REDOX llevada a cabo entre dos electrodos
Ánodo (Libera electrones) Cátodo (acepta electrones)
Semireacción de oxidación
Semireacción de reducción
libera electrones captura electrones
POLO NEGATIVO
POLO POSITIVO
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CELDA GALVÁNICA
Para extraer energía eléctrica, los electrodos deben estar en ambientes separados
ánodo y cátodo resultan conectados por un cable
se requiere un electrolito que actúe como “puente”
entre los electrodos
permite flujo de electrones
mantiene neutro el ambiente alrededor de
electrodos
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CELDA DE DANIELL
Experimento desarrollado para extraer electricidad
Cátodo
( ) ( )4
s acCu CuSO
ÁnodoElectrolito
( ) ( )4s acZn ZnSO
2 4Na SO
( ) ( )2 2ac sCu e Cu ( ) ( )
2 2s acZn Zn e
2e-
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CELDA DE DANIELL
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Puente Salino
• Su finalidad es impedir la acumulación de carga neta em cualquiera de los dos vasos. Así los iones negativos pueden difundir al vaso em donde hay exceso de iones positivos y viceversa
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POTENCIAL STANDARD
Fuerza que mueve electrones desde el ánodo al cátodo
º º ºox redE E E
el valor final debe ser positivo para que la reacción ocurra espontáneamente
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Predicción de reaccionesEn toda reacción redox hay transferencia de electrones, lo cual produce una diferencia de potencial el que es medible. Por ejemplo: Em el caso de la pila de Daniell, los potenciales de reducción para el Cu y el Zn son respectivamente:
Cu+2 + 2e ↔ Cu0 Eº = + 0,33 volts Zn+2 + 2e ↔ Znº Eº = - 0,76 volts
Al sumar ambas semirreacciones se tiene
Cu+2 + Znº ↔ Cu0 + Zn+2 ∆ Eº = 1,09 volts (Diferencia Neta de potencial)
Nótese que el Zn tiene un potencial de reducción negativo, sin embargo al sumar este valor cambia a positivo . Esto se debe a que em la reacción , el Zn se oxida
SRR Cu+2 + 2e ↔ Cu0 Eº = 0,33 volts SRO Znº ↔ Zn+2 + 2e Eº = 0,76 volts
______________Valor total de potencial de reducción (Diferencia neta de potencial) ∆Eº = 1,09 volts
A continuación se agrega una lista de potenciales de reducción ( a 25ºC, 1 atm y 1M)
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POTENCIAL DE REDUCCIÓN
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POTENCIAL DE REDUCCIÓN
al no poder medir valores absolutos, se asigna un valor neutro arbitrario a una reacción
el potencial de 0 volt se asignó a la reacción entre hidrógeno y platino
Electrodo Standard de Hidrógenootras reacciones se comparan con esta
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POTENCIAL DE REDUCCIÓN
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POTENCIAL DE REDUCCIÓN
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
2
2
2 º 0,132 2 2 º 0,80
2 2 º 0,93
s ac
ac s
s ac ac s
Pb Pb e E VAg e Ag E V
Pb Ag Pb Ag E V
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Para que sirve determinar ∆Eº (diferencia neta de
potencial)• La Diferencia neta de potencial asociada a una reacción redox
puede ser mayor, menor o igual a cero• Si ∆Eº > 0, entonces la reacción es espontánea de la
reacción es de izquierda a derecha (flujo de electrones desde el ánodo hacia el cátodo) , característico de las celdas galvánicas.
• Si ∆Eº ‹ 0, Nos indica que la reacción ocurre de derecha a izquierda, o desde el cátodo hacia el ánodo, por lo tanto es una reacción que requiere energía externa para que ocurra ( Proceso no espontáneo). Este tipo de reacciones corresponde a procesos electrolíticos
• ∆Eº = 0, la reacción no es espontánea y que em cualquier sentido que se le desee dar a dicha reacción se debe aplicar energía eléctrica. También puede ser utilizada em sistemas electrolíticos
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• Em una pila Galvánica: ∆Eº > 0
• Em una Pila electrolítica: ∆Eº ≤ 0
Reeeesumiendo lo anterrriorrr…
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CELDA LECLANCHÉ
Corresponde al uso mas frecuente asociado a las celdas galvánicas
pila común pila alcalina pila de mercurio
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
2
2 4 2 3 3 2
Ánodo: 2
Cátodo: 2 2 2 2
s ac
s ac s ac l
Zn Zn e
MnO NH e Mn O NH H O
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CELDA LECLANCHÉCorresponde al uso mas frecuente asociado a las celdas galvánicas
pila común pila alcalina pila de mercurio
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
2
2 2 2 3
Ánodo: 2 2
Cátodo: 2 2 2
s ac s l
s l s ac
Zn OH ZnO H O e
MnO H O e Mn O OH
reemplaza electrolito ácido por uno alcalino
resiste corrosión y conduce electrones mejor
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CELDA LECLANCHÉ
Corresponde al uso mas frecuente asociado a las celdas galvánicas
pila común pila alcalina pila de mercurio
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
2
2
Ánodo: 2 2
Cátodo: 2 2
s ac s l
s l l ac
Zn OH ZnO H O e
HgO H O e Hg OH
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CELDA ELECTROLÍTICA
Corresponde al opuesto de la celda galvánica
Corriente eléctrica permite llevar a cabo reacción no espontánea
Celda Galvánica
Cambio químico libera energía eléctrica
Celda Electrolítica
Energía eléctrica permite cambio químico
ΔGΔG ΔEºΔEº
(-) (+) (+) (-)
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CELDA ELECTROLÍTICA
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CELDA ELECTROLÍTICA
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SÍNTESIS
Electroquímica
ΔEº = (+)
ΔEº = (-)
ΔEº = (0)
Proceso No Espontáneo
Proceso Espontáneo
Celda Electrolítica
Celda Galvánica
Celda Inerte
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Ejercicio• Calcular el potencial de la siguiente reacción
RedoX
Cdº + Sn+2 → Snº + Cd+2
Siendo los potenciales de reducción:
• Cd+2 + 2e ↔ Cdº Eº = -0,403 v• Sn+2 + 2e ↔ Snº Eº = -0,136 v
• Es espontánea o no???