ELECTROQUIMICA

ELECTROQUIMICA

DEDICATORIA: El presente trabajo esta dedicado a mis padres por su inmenso apoyo para el existo de mi futuro profesional ya que con su amor y dedicación permiten que me desarrolle día di en mi carrera para mi bien de mi familia y la sociedad

INTRODUCCION

Esta monografía pretende, de manera sencilla, conocer la electroquímica, su importancia y sus aplicaciones. Particularmente, se desea llegar a un entendimiento sencilla que permita que al hablar de electroquímica no se haga un mundo y rechacemos la idea de estudiarla así erradicar de una imagen menos etérea de los diversos fenómenos, interacciones y aplicaciones en los que se involucra con aspectos de la vida cotidiana. Entre estos, podemos citar el uso de la energía eléctrica y sus implicaciones ambientales, el empleo de sustancias y materiales generados por vía electroquímica; tales como limpiadores de cañerías (NaOH - Diablo Rojo) y baldosas (HCl acuoso – ácido muriático), la producción y el uso de aluminio en sus diversas formas, el electro-platinado y niquelado, el decapado, y los procesos de corrosión. Entre los aspectos menos cotidianos cabe citar la fabricación por vía electroquímica de medicamentos y otras sustancias y los nuevos desarrollos tales como la impresión de circuitos eléctricos en placas.

Este trabajo comienza con un pequeño glosario ya que por ser un área de la química extensa, y en muchos casos interdisciplinaria, maneja términos que usualmente son confundidos o no son de uso común. Seguidamente, se presenta alguna información relacionada con el almacenamiento de la energía electroquímica y sus implicaciones ambientales. Posteriormente, se presenta un resumen de algunas de las principales técnicas electroquímicas de análisis y de las principales aplicaciones de la electroquímica a los procesos de síntesis de nuevos materiales y sustancias, a nivel de laboratorio e industrial. Finalmente, se señalan algunos de los métodos electroquímicos empleados para la descontaminación o remediación del ambiente.

Hemos utilizado la menor cantidad posible de formulaciones matemáticas, ya que no es el propósito de esta obra profundizar en los aspectos fundamentales de la electroquímica, sino más bien presentarla como disciplina amplia y cotidiana. Además, la experiencia nos indica que la presentación e identificación del fenómeno precede a su interpretación profunda.

MARCO TEORICO

1. ELECTROQUÍMICA:

1.1 Energía Electroquímica.- Celdas y Baterías

La electricidad es la forma de energía más usada debido a su facilidad de transformación en otras formas de energía, lo que facilita su utilización. En numerosas circunstancias se hace uso de la electricidad sin que se disponga de acceso a la red eléctrica Este es el caso de las boyas marinas de señalización, servicio eléctrico del automóvil, linternas, etc. Hay otros sistemas que requieren utilizar baterías como solución al problema que se plantea cuando se produce un corte en el suministro de la red, como es el caso de la iluminación de quirófanos, protección de la información de computadores, etc.

Las baterías están en todos lados, en nuestros carros o automóviles, computadores, radios o equipos de sonido portátil, linternas, teléfonos celulares etc. Una batería es esencialmente un recipiente lleno de sustancias químicas que producen electrones. Las reacciones químicas en las que intercambian electrones se denominan reacciones electroquímicas.

Actualmente han surgido nuevas aplicaciones: vehículo eléctrico, computadores portátiles, sistemas de alimentación sin interrupción, etc., que han originado infinidad de nuevos sistemas electroquímicos, en algunos casos completamente diferentes a los tradicionales. El gran mercado potencial de estos nuevos usos de las baterías es la causa del gran esfuerzo que están realizando, tanto las empresas privadas, como los organismos oficiales (Universidades y Centros de Investigación) de muchos países.

1.2.-HISTORIA Y EVOLUCION DE LA BATERIA

Existen estudios arqueológicos que apuntan hacia la probable existencia de «baterías» primitivas utilizadas por los egipcios y los persas en el año 2000 a.C., que podrían haber sido empleadas para el electrodepósito de metales. Otros descubrimientos apuntan a que el pueblo babilónico también disponía de «baterías» en el año 500 a.C.

Los orígenes científicos de las baterías hay que situarlos en el siglo XVIII. En 1780, Galvani descubrió el fenómeno de la corriente electroquímica en sus experimentos de anatomía sobre las ancas de rana; Galvani no supo interpretar la razón del porqué se producían convulsiones en el anca de rana cuando ésta era fijada con un hilo de plata por un extremo y un hilo de hierro por el otro. En 1793, Alejandro Volta hace una interpretación del fenómeno observado por Luigi Galvani, realiza su teoría de la producción de la corriente electroquímica y establece la fuerza electromotriz de los metales. En 1800, Volta construye la primera batería primaria, conocida como pila de Volta, utilizando parejas de metales diferentes como son plata-estaño o cobre-zinc.

En 1801, Davy establece los conceptos correctos de los descubrimientos de Volta y a él se deben los términos Fuerza Electromotriz, Electroquímica y Voltio (nombre en honor de Volta).

En 1802, Johann Wilhelm Ritter observa que una corriente que pasa entre dos electrodos de cobre sumergidos en una solución de cloruro sódico, produce una polarización y que, cuando el sistema se desconecta, se crea una corriente en sentido inverso. Ritter desarrolló la denominada "pila de Ritter". La pila la constituían varios discos de cobre y cartón empapados en sal de mesa (cloruro sódico) y colocados uno sobre el otro. Este dispositivo podía cargarse con corriente eléctrica y al descargarse suministraba corriente.

En 1834, Faraday desarrolla los principios de los procesos que tienen lugar en las celdas electroquímicas y las bases cuantitativas de los mismos. A él se deben los términos hoy empleados como electrolito, electrodo, ánodo y cátodo.

En 1836, Daniell consigue dar un paso importante en la evolución de pila al sustituir la reacción catódica de desprendimiento de H2 de la pila I Volta, por otro proceso más favorable como es el depósito de cobre. Daniell emplea una solución saturada de sulfato de cobre como electrolito en electrodo de cobre y ácido sulfúrico en el electrodo de zinc.

En 1881, Sellon, y en 1883, Tudor sustituyen las planchas de plomo utilizadas por Fauré por unos diseños de electrodo (rejillas) que aumentaban la adherencia del material activo, evitando la caída prematura del mismo.

En 1900, Jungner construye la batería alcalina de níquel-cadmio, y 1901, Edison proyecta la batería de níquel-hierro. Estas baterías junto con la de plomo-ácido son las que han tenido más repercusión comercial y que se han mantenido hasta nuestros días, entre otros muchos sistemas que se han ido probando a lo largo del tiempo. Ambos inventores se dedicaron a una serie de aparatos de acumulación de energía electroquímicos y en 1901 obtuvieron patentes para el acumulador de níquel-cadmio y fero-níquel. Al principio se utilizaron "placas de alvéolos" para ambos electrodos, que todavía existen en la actualidad con una forma similar. El material activo estaba revestido por chapa de níquel perforada (el "alvéolo").

En 1910, se emplea por primera vez el diseño de placa tubular, también denominada placa blindada, porque mejora considerablemente la retención de los materiales activos, al encontrarse éstos entre un tubo de caucho endurecido y perforado y una varilla de plomo en el centro.

Un paso decisivo para la divulgación de la batería de níquel-cadmio fue el desarrollo de su construcción hermética. Con ella se obtenía una batería completamente hermética que no requería mantenimiento y de la que no podía salir gas ni vapores de electrolito. Los ámbitos de mayor aplicación de estas baterías son los pequeños aparatos portátiles, ya que pueden utilizarse en cualquier lugar.

La construcción hermética o estanca permitió superar un problema que tenían todas las baterías con electrolitos acuosos; la inevitable electrólisis del agua con tensiones de celda superiores a los 1,23 V. La consecuencia es la generación de hidrógeno. Edison ya había obtenido en 1912 la patente para una batería de níquel-cadmio hermética en la que el hidrógeno y oxígeno se volvían a transformar en agua por catálisis en un hilo de platino calentado. No obstante, el procedimiento resultó ser irrealizable desde el punto de vista técnico.

En los años setenta se desarrolló la batería de níquel-hidrógeno para el uso aeroespacial. Su electrodo positivo es igual al de las baterías de níquel-cadmio. El material activo del electrodo negativo cuando se encuentra cargada es hidrógeno en forma de gas y cuando se encuentra descargada protones (H+), que son absorbidos por los electrodos positivos al descargarse:

H2 + 2•NiOOH ↔ 2•Ni(OH)2

La reacción requiere electrodos de metal noble (paladio, platino). Debido a la alta presión interna cuando está cargada (de más de 10 bar), la célula se incluye dentro de un armazón de acero. Las baterías de níquel-hidrógeno son muy caras, pero cada vez se utilizan más en los satélites. Sus ventajas son:

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