FORMULARIO DE FÍSICA NUCLEAR

Definiciones; sistema electroquímico y potencial eléctrico

Un sistema electroquímico es un sistema heterogéneo en el que existe una diferencia de potencial entre dos o más fases.

El potencial eléctrico se define como el trabajo realizado para traer una unidad de carga positiva desde el infinito, don del potencial es cero, hasta el punto en cuestión. Quedando determinado por:

[pic 1]

Siendo ɸ el potencial eléctrico y W el trabajo necesario para traer la carga Q.

Bajo esta ecuación se puede realizar la relación ɸ1 y ɸ2 considerando sus respectivas W1 y W2 siendo W12 el trabajo necesario para trasladas una carga q desde un punto 1 a un punto 2:

[pic 2]

Representando así la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Aplicando para la transferencia de una carga infinitesimal:

[pic 3]

donde Δφ = φ2 - φ1 expresa la diferencia de potencial eléctrico y dWel el trabajo producido.

Potencial químico de especies cargadas

La tendencia de escape de una partícula cargada depende del potencial eléctrico de la fase bajo esta situación si se ejerce un gran potencial eléctrico negativo a una fase, este facilitara la salida de partículas cargadas negativas. La relación entre esta ultima y el potencial eléctrico es el llamado potencial químico.

En este contexto, la definición queda reducida en la ecuación:

[pic 4]

Así, en esta expresión:

•  es el potencial electroquímico[pic 5]
• μi el potencial químico ordinario y
• ziFɸ determina el potencial eléctrico.

Considerando todo lo anterior, se puede resumir las siguientes convenciones para los potenciales químico de especies cargadas:

Elementos en estado de agregación estable:

Estado estándar [pic 6]

Partículas cargadas:

Forma general [pic 7]

• Para iones en solución acuosa se considera  debido a que esta será eliminada en los cálculos algebraicos, permitiendo suponer lo dicho.[pic 8]

estado estándar [pic 9]

forma general [pic 10]

• Electrones en cualquier metal.

Para este caso se debe tomar considerar al electrodo estándar de hidrogeno (EEH; sistema conformado por una pieza de platino en contando con H2 y con una solución acida con ion H1+).

Esto, sumado a la arbitrariedad del concepto, se divide el potencial químico en una parte eléctrica y otra química, asignando a esta ultima el valor CERO.

estado estándar [pic 11]

Forma general [pic 12]

• Iones en metal puro.

Tomando en cuenta  bajo esta circunstancia y considerando la división declarada anteriormente obtenemos lo siguiente.[pic 13]

Estado estándar [pic 14]

Forma general [pic 15]

Celda electroquímica; representación convencional y fuerza electromotriz

Una celda electrónica es un dispositivo que consta de dos electrodos en contacto con un electrolito, un conductor iónico. La parte media de esta celda (conformada por un electrodo y un electrolito) conforma una semicalva.

Los elementos de las celdas son:

• Cátodo: electrodo donde ocurre la reacción de reducción.
• Ánodo: electrodo donde ocurre la reacción de oxidación.                    
• Puente salino: asegura el equilibrio iónico en el sistema.

Con respecto a la utilización de estas se pueden clasificar en:

1. Galvánica; que aprovecha las reacciones mencionadas para producir una diferencia de potencial y a su vez una corriente eléctrica, tratándose así de una reacción espontánea.

[inserta diagrama]

1. Electrolítica; que aprovecha una corriente eléctrica externa para producir las reacciones, siendo esta una reacción no espontanea.

[inserta diagrama]

REPRESENTACION

La celda electroquímica se representa en un diagrama de celda de la siguiente manera:

• Los electrodos metálicos se colocan en los extremos del diagrama.
• Las sustancias insolubles y/o gases se colocan en posiciones interiores adyacentes a los metales.
• Las especies solubles se colocan en la región media del diagrama.
• Una frontera de fase se indica con una línea vertical.
• Una línea vertical discontinua indica la unión entre dos fases líquidas.
• Dos líneas verticales continuas indican la unión entre dos fases líquidas miscibles donde se ha eliminado el potencial de unión.
• Se separan con comas las diferentes especies solubles en la misma fase.

Ejemplo:

[pic 16]

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