Electroquimica

Capítulo VII. ELECTROQUÍMICA
7.1. Introducción

La electroquímica es la ciencia que estudia los cambios químicos producidos mediante corriente eléctrica así como la producción de electricidad mediante reacciones químicas. Los campos de aplicación de la electroquímica son muchos y muy variados. Entre ellos podemos señalar: - Refinación de metales - Recubrimientos metálicos - Relojes digitales -Encendido de automóviles Pilas y baterías!... - Calculadoras Pensemos sólo en cuántos dispositivos - Marcapasos modernos las utilizan. - Corrosión de metales La cantidad de energía eléctrica consumida o producida en un sistema electroquímico puede medirse con precisión, lo que nos permite cuantificar estos sistemas. Todas las reacciones electroquímicas ocurren con transferencia de electrones;son, por tanto, reacciones REDOX, que ocurren físicamente en ambientes separados. La entrada/salida de corriente (electrones) en un sistema electroquímico debe hacerse con dispositivos apropiados, formados por las CÉLULAS O CELDAS ELECTROQUÍMICAS (donde ocurre la reacción electroquímica) y por los ELECTRODOS (por donde entra/sale la corriente eléctrica). Hay dos tipos de celdas electroquímicas: (a)celdas electrolíticas, en las cuales la energía eléctrica procedente de la fuente externa hace que tenga lugar una reacción química no espontánea; y (b) celdas voltaicas, en las cuales una reacción química espontánea produce electricidad y la suministra a un circuito externo. En este capítulo veremos varias celdas electroquímicas y aprenderemos a diseñarlas. 7.2. Conducción eléctrica La corrienteeléctrica se produce por transferencia de carga. La carga puede conducirse a través de metales (conducción metálica) o por el movimiento de iones en solución o líquidos puros (conducción electrolítica). En la conducción metálica los electrones fluyen sin alterar la posición de los átomos metálicos. En la conducción iónica o electrolítica son iones los que se mueven a través de una solución olíquido puro. Ambos tipos de conducción ocurren en celdas electroquímicas, en las cuales (figura 7.1): los iones (+) o cationes → hacia electrodo (-) los iones (-) o aniones → hacia electrodo (+)
Electrones

_

Electrodos

+

+

+ + _ + +

+ + _ _

+ _ _

_ _ _

Batería

+

Electrolito (iones en solución)

_

Figura 7.1. Componentes de una celda electrolítica

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QUÍMICAGENERAL 2

7.3. Electrodos Son superficies sobre las que ocurren las semirreacciones de oxidación y reducción Pueden participar o no en las reacciones (si no reaccionan, se denominan electrodos inertes). El cátodo es el electrodo donde ocurre la reducción a medida que los electrones son captados por algunas especies. En el ánodo ocurre la oxidación, a medida que algunas especies pierdenelectrones. Cada electrodo puede ser (+) o (-), dependiendo del tipo de celda. 7.4. Celdas electrolíticas En ellas ocurren reacciones químicas no espontáneas suministrándoles energía eléctrica. Este proceso se llama electrólisis. Se usa celda con electrodos sumergidos en solución y conectados a la fuente de corriente continua (cc). Los electrodos pueden ser inertes (no reaccionan). Industrialmente haymuchas aplicaciones basadas en este principio. Electrólisis del cloruro sódico fundido (celda de Downs) Las reacciones que tienen lugar son: 2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e(Oxidación, ÁNODO) 2[Na+(aq) + e- → Na(l)] (Reducción, CÁTODO) -------------------------------------------------------------------------------------------2Na+(aq) + 2Cl-(aq) → 2Na(l) + Cl2(g) (Reacción global de la celda: no espon2NaCl(aq)En reacción catódica se consumen e-s En reacción anódica se producen e-s En celdas electrolíticas, el ÁNODO es (+) y el CÁTODO (-)
tánea, salvo que T > 801 ºC)

Circulan en el cable del ánodo al cátodo

_
A e
-

+

Batería acumuladora

En la figura 7.2 puede verse un es- Electrodo de _ + Electrodo de grafito (inerte) quema de la electrólisis del cloruro sódico grafito (inerte)...