Métodos Electroanaliticos

METODOS ELECTROANALITICOS

En el presente ensayo hablaré sobre los métodos electroanalíticos, que son definidos como una clase de técnicas en química analítica, que estudian un analito mediante la medida del potencial eléctrico y/o la corriente eléctrica en una celda electroquímica, que contiene el analito; los cuales se basan en la medida de una magnitud eléctrica básica, como los son: intensidad de corriente, potencia, resistencia y carga.

Estos métodos se clasifican en dos grandes grupos: Electródicos e iónicos. Los métodos Electródicos, son aquellos que se encargan de la medida de magnitudes que están asociadas a procesos de electrodo, como pueden ser los potenciales, corrientes de celda, cargas eléctricas, resistencia, etc. Todos estos procesos tienen lugar en la interface electrodo-disolución. Los métodos que tienen lugar en la interface pueden ser estáticos o dinámicos en función de cómo actúen las celdas electrolíticas en ausencia o presencia de corriente eléctrica. La diferencia entre estos, reside en que en los estáticos el potencial se mide en el equilibrio (no hay electrolisis), mientras que en los dinámicos sí que se produce el fenómeno de electrolisis. Por otro lado, los métodos iónicos, están basados en la medida de las propiedades de la disolución iónica. Estos transcurren en el seno de la disolución.

Por tanto, los métodos electroanalíticos se clasifican en función de donde tiene lugar el proceso: en el seno de la disolución, electroforesis y conductimetria, y en la interface.

Los métodos electroquímicos de análisis, o métodos electro-analíticos, son, en general, menos utilizados que los espectroscópicos o cromatográficos. Posiblemente, una de las causas radique en el poco conocimiento que se tiene de esta rama de la Ciencia, pues, aunque la teoría de la Electroquímica no es más compleja ni abstracta que la de la Espectro-química, sin embargo, es mucho menos conocida.

FUNDAMENTOS DE ELECTROQUIMICA

La Electroquímica trata de la interrelación de los fenómenos químicos y eléctricos, así como del estudio de las propiedades eléctricas de las soluciones de los electrolitos, estableciendo una relación entre la acción química y eléctrica de tales sistemas, es decir, una reacción electroquímica es una reacción redox en la que el intercambio de electrones tiene lugar en un electrodo.

Uno de los aspectos más importantes a estudiar dentro de la electroquímica, son los métodos electroanalíticos, definidos como: “Métodos instrumentales de análisis que emplean las propiedades electroquímicas de una disolución para determinar la concentración de un analito”.

(Método electroanalítico, Douglas A. Skoog; Donald M. West; F. James Holler y Stanley R. Crouch, FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA. Editorial THOMSON).

Estos métodos se pueden dividir en varias categorías dependiendo de qué aspectos son controlados y cuáles se miden. Las tres principales categorías son:

En primer lugar la potenciometría, que mide pasivamente el potencial de una solución entre dos electrodos, afectando muy poco a la solución en el proceso. El potencial se relaciona entonces con la concentración de uno o varios analitos. La estructura de la celda utilizada se designa a menudo como un electrodo a pesar de que en realidad contiene dos electrodos: un electrodo indicador y un electrodo de referencia (distinto del electrodo de referencia utilizado en el sistema de tres electrodos). La Potenciometría generalmente utiliza electrodos construidos selectivamente sensibles a los iones de interés, tales como un electrodo selectivo de fluoruro. El electrodo potenciométrico más común es el electrodo de membrana de vidrio utilizado en un pH-metro.

Por otra parte, la Coulombimetría, utiliza la corriente aplicada o el potencial para convertir completamente un analito (mediante oxidación o reducción electródica) de un estado de oxidación a otro.

Y finalmente la Voltamperometría, en la cual se mide la corriente de las celdas mientras se altera activamente el potencial de las mismas.

Dentro de este tema es de suma importancia estudiar dos tipos de celdas, la celda galvánica y la celda electrolítica.

Una celda galvánica es un dispositivo en el que la transferencia de electrones, se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta manera el flujo de electrones (corriente eléctrica) puede ser utilizado.

(Celdas galvánicas, corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/42-celdas-galvanicas-o-celdas-voltaicas)

En otras palabras, tal dispositivo permite obtener energía eléctrica a partir de un proceso químico. Esta celda está formada por dos electrodos, de los cuales el ánodo es el electrodo negativo, y el cátodo es el positivo. El electrodo anódico, conduce los electrones que son liberados en la reacción de oxidación, hacia los conductores metálicos. Estos conductores eléctricos conducen los electrones y los llevan hasta el electrodo catódico; los electrones entran así a la semicelda catódica produciéndose en ella la reducción.

“La celda electrolítica es aquella en la cual la energía eléctrica que procede de una fuente externa provoca reacciones químicas no espontáneas generando un proceso denominado electrólisis”.

(Celda electrolítica, Requeijo, D. y Requeijo A. (2002). Química. Editorial Biosfera).

Las celdas electrolíticas constan de un recipiente para el material de reacción, dos electrodos sumergidos dentro de dicho material y conectados a una fuente de corriente directa. Además constan de un líquido conductor llamado electrolítico. La celda como tal no sirve como fuente de energía eléctrica, pero puede conducir corriente desde una fuente externa denominada acción electrolítica. Se usa en electrodeposición, electroformación, producción de gases y realización de muchos procedimientos industriales, un ejemplo es la refinación de metales. Si debido al flujo de la corriente los electrodos se tornan desiguales, es posible que ocurra una acción voltaica.

La celda electrolítica transforma una corriente eléctrica en una reacción química de oxidación-reducción que no tiene lugar de modo espontáneo. En muchas de estas reacciones se descompone una sustancia química por lo que dicho proceso recibe el nombre de electrolisis. También reciben los nombres de celda electrolítica o cuba electrolítica.

A diferencia de la celda voltaica, en la célula electrolítica, los dos electrodos no necesitan estar separados, por lo que hay un sólo recipiente en el que tienen lugar las dos semireacciones.

Otro de los dispositivos de mucha importancia dentro de la electroquímica es la batería; dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente, mediante lo que se denomina proceso de carga.

(Batería, es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)#Principios_de_funcionamiento)

La batería también puede ser nombrada como batería eléctrica, acumulador eléctrico, o simplemente como acumulador; y su principal función está basada esencialmente en un proceso de Redox, en el cual como he mencionado con anterioridad uno de los componentes se oxida y el otro se reduce; es decir, proceso en el que sus componentes no se consumen ni se pierden, sino que cambian su estado de oxidación y a su vez pueden retornar a su estado original en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante la carga.

Las baterías se pueden dividir en dos tipos principales de estas, primarias o secundarias. Una batería primaria produce energía consumiendo algún químico que esta contiene, cuando este se agota, y ya no produce más energía y debe ser reemplazada; por ejemplo en este grupo encontramos a las pilas de zinc-carbono. Mientras que las baterías secundarias, o de almacenamiento, obtienen su energía transformando alguno de sus químicos en otro tipo de químicos; Cuando el cambio es total, y ya no produce más energía, sin embargo, esta puede ser recargada mandando una corriente eléctrica de otra fuente a través de ella para así poder volver a los químicos a su estado original; un ejemplo de este grupo es la batería de auto o pila de ácido-plomo.

Anteriormente mencione dispositivos, que llevan a cabo su función mediante electrodos, estos son conductores eléctricos a través de los cuales puede entrar o salir una corriente eléctrica en un medio, ya sea una disolución electrolítica, un sólido, un gas o el vacío.

(Electrodo, es.thefreedictionary.com/electrodo)

Estos conductores son utilizados para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito. Además de que cabe mencionar que, su nombre se debe al científico Michael Faraday.

Los electrodos se conocen también como celdas electroquímicas, y pueden ser referidos a ánodos o cátodos. El ánodo es el electrodo en el cual los electrones salen de la celda y ocurre la oxidación, y el cátodo es el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducción. Cada electrodo puede convertirse en ánodo o cátodo dependiendo del voltaje que se aplique a la celda. También existen los electrodos bipolares que es funcionan como ánodo en una celda y como cátodo en otra.

En la actualidad existen tipos de electrodos

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