Electroquimica

ELECTROQUIMICA

OBJETIVOS:

Efectuar un análisis de la electrolisis de una disolución de sulfato de cobre (II)

Observar una reacción química producida por una corriente eléctrica

Construcción de puentes galvánicos.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS:

La electroquímica estudia tanto la producción de corriente eléctrica mediante reacciones químicas, como las reacciones químicas producidas por corrientes eléctricas. Ambos procesos son muy importantes en nuestra vida diaria. Las pilas y baterías se utilizan para generar y almacenar energía eléctrica. Conviene resaltar que la eficiencia en la conversión directa entre la energía química y la energía eléctrica puede llegar a ser del 90%, mientras que en la conversación indirecta (en l que el calor producido en una reacción química expande un gas, que a su vez mueve un generador eléctrico) está limitado por razones termodinámicas, y su límite máximo de eficiencia de conversión es del 40%. Por otro lado, el uso de la electricidad para llevar a cabo cambios químicos, la electrolisis, es el procedimiento por el que se obtienen de forma comercial distintos elementos y compuestos de uso común en la industria química.

La electrolisis es, también, la forma en la que se obtienen el aluminio, una actividad industrial que consume cantidades ingentes de energía eléctrica.

Colección Racso (2007).- Electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. En otras palabras, las reacciones químicas que se dan en la interfase de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido.[2]

Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrólisis. En cambio, si la caída de potencial eléctrico, es creada como consecuencia de la reacción química, se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también llamado batería o celda galvánica.

Las reacciones químicas donde se produce una transferencia de electrones entre moléculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la electroquímica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad o en caso contrario, son producidos como consecuencia de ella.

En general, la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito eléctrico. Esto último es motivo de estudio de la química analítica, en una subdisciplina conocida como análisis potencio métrico.

Inst. De Ciencias y Humanidades (2008).- Las pilas o celdas galvánicas son dispositivos que producen corriente eléctrica continua a partir de reacciones redox espontaneas, en otras palabras consiste en el estudio de la conversión de la energía química en energía eléctrica.

Una celda galvánica está formada por dos semiceldas. Generalmente, una semiecelda está formada por un electrodo o lamina de una metal sumergido en la solución salina del mismo metal (existen semiceldas en donde hay presencia de gases). Dichas semiceldas se conectan mediante un conductor externo por donde fluyen los electrones producidos en la reacción redox. El circuito eléctrico se completa con el puente salino.

Para analizar el principio en que se fundamenta una pila para generar corriente eléctrica, veamos como modelo la pila ideada y construida por el químico inglés John Frederic Daniell, en 1836. Esta pila consta de dos placas metálicas (electrodos), en un cinc y la otra de cobre sumergidas respectivamente en soluciones de sulfato de cinc, ZnSO4, 1M y sulfato cúprico CuSO4, 1M. Las dos semiceldas están separadas por el puente salino y ambas placas metálicas están conectadas entre sí por medio de un alambre conductor externo, tal como se muestra en la figura.

Durante la descarga de la pila galvánica se observa que la masa del electrodo de cinc disminuye, lo cual implica que se está oxidando, por lo tanto constituye el ánodo de la pila.

Semireaccion de oxidación.

Zn_((s))⇌Zn_((ac))^(+2)+2e^-

Los electrones de este electrodo salen y fluyen por el conductor externo llegando al electrodo de cobre en donde los iones Cu2+ consumen estos electrones reduciéndolos hasta el cobre metálico, es por ello que la masa del electrodo de cobre aumenta. Como la reacción ocurre en la superficie de la lámina de cobre, este constituye el cátodo de la pila.

Semireaccion de reducción

Cu_((ac))^(+2)+2e^-⇌Cu_((s))

La reacción neta de la celda se obtiene sumando las semireaccion (I) y (II)

Cu_((ac))^(+2)+Zn_((s) )⇌Cu_((s) )+Zn_((ac))^(+2)

Inst. De Ciencias y Humanidades (2008).- El circuito entre las dos semiceldas se completa mediante un puente salino. Este puede ser cualquier medio que permita el paso lento de los iones. El puente salino se prepara doblando un pedazo de tubería de vidrio en forma de “U” y rellenándolo con una sal saturada caliente y solución de agar al 5% permitiendo que se enfríe. La mezcla fría se coagula y adquiere de un gel, de tal forma que la mezcla no se derrame al invertir el tubo.

El puente salino cumple las siguientes funciones:

Permite el contacto eléctrico entra las dos semiceldas de modo que se cierre el circuito.

Impide la mezcla mecánica de las soluciones ya que si esto ocurriese la reacción seria directa y los electrones no fluirían por el conductor externo.

Mantiene la neutralidad eléctrica de las semiceldas al dejar fluir iones a través de su masa. Dicho flujo de iones se llama corriente de la pila.

Mantiene la neutralidad eléctrica de las semiceldas al dejar fluir iones a través de su masa. Dicho flujo de iones se llama corriente interna de la pila.

Antes de que funciones la pila de Daniell, en la semicelda anódica, las concentraciones de los iones son iguales ([Zn2+]= [SO4-2]=1M) y similar en la semiceldas catódica ([Cu2+]= [SO4-2]=1M).

Cuando la pila empieza a funcionar, en la semicelda anódica se produce más iones Zn+2 debido al consumo de cinc, para neutralizar el exceso de estos iones, el ion cloruro Cl- del puente salino fluye hacia el ánodo, algunos iones Zn+2 suben hacia el puente salino (debido a la fuerte repulsión que existe entre los cationes), fluyendo hacia la semicelda catódica. En la semiceldas catódicas consumen iones Cu+2, debido a ello queda en exceso los iones SO4-2, estos son neutralizados por los cationes K+ que bajan del puente salino. Algunos iones SO4-2 suben hacia el puente salino (debido a la fuerte repulsión entre los aniones), fluyendo hacia la semicelda anódica.

www.misrespuestas.com.- Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de artefactos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general, dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.

Los voltímetros, en esencia, están constituidos de un galvanómetro sensible que se conecta en serie a una resistencia extra de mayor valor. A fin de que durante el proceso de medición no se modifique la diferencia de potencial, lo mejor es intentar que el voltímetro utilice la menor cantidad de electricidad posible. Lo anterior es posible de regular con un voltímetro electrónico, el que cuenta con un circuito electrónico con un adaptador de impedancia.

Para poder realizar la medición de la diferencia potencial, ambos puntos deben encontrarse de forma paralela. En otras palabras, que estén en paralelo quiere decir que se encuentre en derivación sobre los puntos de los cuales queremos realizar la medición. Debido a lo anterior, el voltímetro debe contar con una resistencia interna lo más alta que sea posible, de modo que su consumo sea bajo, y así permitir que la medición de la tensión del voltímetro se realice sin errores. Para poder cumplir con este requerimiento, los voltímetros que basan su funcionamiento en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, poseen unas bobinas con hilo muy fino y de muchas espiras, a fin de que, aun contando con una corriente eléctrica de baja intensidad, el aparato cuente con la fuerza necesaria para mover la aguja.

Ya en estos días es posible encontrar en el mercado voltímetros digitales, los que cumplen las mismas funciones que el aparato tradicional, pero contando con las nuevas tecnologías. Por ejemplo, este tipo de aparatos cuentan con características de aislamiento bastante considerables, para lo que utilizan circuitos de una gran complejidad, en lo que respecta a su comparación con el voltímetro tradicional.

Raymond Chang. (2002).- A diferencia de las reacciones redox espontaneas, que convierten la energía química en energía eléctrica, en la electrolisis se utiliza la energía eléctrica para inducir una reacción química que no es espontanea. Este proceso se lleva a cabo en un dispositivo que se conoce como celda electrolítica. La electrolisis se basa en los mismos principios en que se fundamentan los procesos que se realizan en las celdas electroquímicas.

Brown, LeMay, Bursten (2004).- Define a la electrolisis como el proceso en

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